KR102586249B1 - Imaging element and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
본 기술은, 보다 좋은 화상을 얻을 수 있도록 하는 촬상 소자 및 전자 기기에 관한 것이다. 복수의 화소를 구비하는 촬상 소자에서, 화소는, 하나의 온 칩 렌즈와, 온 칩 렌즈보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층을 구비하고, 복수의 광전 변환층 중의 적어도 2층의 광전 변환층이, 각각 수광면에 대해 분할 형성, 부분 형성, 또는 부분 차광되어 있다. 화소는, 위상차 검출에 의한 AF를 행하기 위한 위상차 검출 화소, 또는, 화상을 생성하기 위한 촬상 화소이다. 본 기술은, 예를 들면 CMOS 이미지 센서에 적용할 수 있다.This technology relates to imaging elements and electronic devices that enable better images to be obtained. In an imaging device having a plurality of pixels, the pixel has one on-chip lens and a plurality of photoelectric conversion layers formed lower than the on-chip lens, and at least two photoelectric conversion layers among the plurality of photoelectric conversion layers are , each of which is divided, partially formed, or partially shaded with respect to the light receiving surface. The pixel is a phase detection pixel for performing AF by phase difference detection, or an imaging pixel for generating an image. This technology can be applied to CMOS image sensors, for example.
Description
본 기술은, 촬상 소자 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히, 보다 좋은 화상을 얻을 수 있도록 하는 촬상 소자 및 전자 기기에 관한 것이다.This technology relates to imaging devices and electronic devices, and in particular, to imaging devices and electronic devices that enable better images to be obtained.
근래, 촬상 소자에서, 광전 변환부의 일부가 차광된 위상차 검출 화소를 마련함으로써 위상차 검출을 행하는 촬상 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).In recent years, an imaging device that performs phase difference detection by providing a phase difference detection pixel in which a part of the photoelectric conversion unit is light-shielded has been known (see, for example, Patent Document 1).
그러나, 위상차 검출 화소에서는, 광전 변환부의 일부(예를 들면 반분)가 차광되기 때문에, 통상의 촬상 화소보다 감도가 저하되고 버려, 저조도 환경하에서는 SNR(Signal-Noise Ratio)이 충분 얻어지지 않고, 정확하게 위상차 검출이 행하여지지 않을 우려가 있다. 결과로서, 핀트가 맞지 않아 흐려진; 화상을 얻어져 버릴 가능성이 있다.However, in a phase detection pixel, a part (for example, half) of the photoelectric conversion part is shaded, so the sensitivity is lower than that of a normal imaging pixel, and in a low-light environment, a sufficient SNR (Signal-Noise Ratio) is not obtained, and accurate There is a risk that phase difference detection may not be performed. As a result, it is out of focus and blurred; There is a possibility that a burn may occur.
또한, 통상의 촬상 화소에서는, 인접하는 화소로부터의 혼색이, 색 재현성이나 SNR에 대해 악영향을 미칠 우려가 있다.Additionally, in normal imaging pixels, there is a risk that color mixing from adjacent pixels may adversely affect color reproducibility and SNR.
본 기술은, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것이고, 보다 좋은 화상을 얻을 수 있도록 하는 것이다.This technology was developed in consideration of such situations, and is intended to enable better images to be obtained.
본 기술의 한 측면의 촬상 소자는, 복수의 화소를 구비하는 촬상 소자로서, 상기 화소는, 하나의 온 칩 렌즈와, 상기 온 칩 렌즈보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층을 구비하고, 복수의 상기 광전 변환층 중의 적어도 2층의 상기 광전 변환층이, 각각 수광면에 대해 분할 형성, 부분 형성, 또는 부분 차광되어 있다.An imaging device according to one aspect of the present technology is an imaging device including a plurality of pixels, wherein the pixel includes one on-chip lens, a plurality of photoelectric conversion layers formed lower than the on-chip lens, and a plurality of pixels. At least two of the photoelectric conversion layers are each formed separately, partially formed, or partially shielded from light with respect to the light-receiving surface.
상기 화소는, 위상차 검출에 의한 AF(Auto Focus)를 행하기 위한 위상차 검출 화소로 할 수 있다.The pixel can be used as a phase detection pixel for performing AF (Auto Focus) by phase difference detection.
복수의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환층끼리의 출력의 차분이, 위상차 검출에 이용되도록 할 수 있다.The difference in output between the photoelectric conversion layers in the plurality of phase difference detection pixels can be used for phase difference detection.
화상을 생성하기 위한 촬상 화소를 또한 마련하고, 상기 위상차 검출 화소는, 행렬형상으로 2차원 배치되는 복수의 상기 촬상 화소의 중에 산재하여 배치되도록 할 수 있다.Imaging pixels for generating images may also be provided, and the phase difference detection pixels may be arranged interspersed among the plurality of imaging pixels arranged two-dimensionally in a matrix.
상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환층과, 상기 위상차 검출 화소의 주변에 배치되어 있는 상기 촬상 화소의 출력의 차분이, 위상차 검출에 이용되도록 할 수 있다.The difference between the outputs of the photoelectric conversion layer in the phase difference detection pixel and the imaging pixel arranged around the phase difference detection pixel can be used for phase difference detection.
상기 위상차 검출 화소에는, 복수의 상기 광전 변환층 중의 가장 상층의 상기 광전 변환층으로서, 부분 형성되어 있는 유기 광전 변환막과, 상기 유기 광전 변환막보다 하층의 기판에 형성되는 상기 광전 변환층으로서, 부분 차광되어 있는 광전 변환부를 마련할 수 있다.In the phase difference detection pixel, an organic photoelectric conversion film partially formed as the uppermost photoelectric conversion layer among the plurality of photoelectric conversion layers, and a photoelectric conversion layer formed on a substrate lower than the organic photoelectric conversion film, A photoelectric conversion unit that is partially shaded can be provided.
상기 위상차 검출 화소에는, 상기 유기 광전 변환막의 아래에, 상기 광전 변환부를 부분 차광하는 차광막을 또한 마련하고, 상기 유기 광전 변환막에는, 상기 차광막에 의해 부분 차광되는 광을 광전 변환시킬 수 있다.In the phase difference detection pixel, a light-shielding film that partially blocks the photoelectric conversion unit is further provided under the organic photoelectric conversion film, and light partially blocked by the light-shielding film can be photoelectrically converted to the organic photoelectric conversion film.
상기 위상차 검출 화소에는, 복수의 상기 광전 변환층으로서, 기판에 형성되는 적어도 2층의, 분할 형성되어 있는 광전 변환부를 마련할 수 있다.In the phase difference detection pixel, as the plurality of photoelectric conversion layers, at least two layers of divided photoelectric conversion parts formed on a substrate can be provided.
상기 위상차 검출 화소에는, 복수의 상기 광전 변환층으로서, 적어도 2층의, 분할 형성 또는 부분 차광되어 있는 유기 광전 변환막을 마련할 수 있다.In the phase difference detection pixel, at least two layers of organic photoelectric conversion films that are divided or partially shielded can be provided as the plurality of photoelectric conversion layers.
상기 화소는, 화상을 생성하기 위한 촬상 화소로 할 수 있다.The pixel can be used as an imaging pixel for generating an image.
상기 촬상 화소에는, 복수의 상기 광전 변환층 중의 가장 상층의 상기 광전 변환층으로서, 부분 형성되어 있는 유기 광전 변환막과, 상기 유기 광전 변환막보다 하층의 기판에 형성되는 상기 광전 변환층으로서, 인접하는 다른 촬상 화소와의 경계 부분이 부분 차광되어 있는 광전 변환부를 마련하고, 상기 유기 광전 변환막은, 상기 다른 촬상 화소와의 경계 부분에 형성되도록 할 수 있다.The imaging pixel includes an organic photoelectric conversion film partially formed as the uppermost photoelectric conversion layer among the plurality of photoelectric conversion layers, and an adjacent photoelectric conversion layer formed on a substrate lower than the organic photoelectric conversion film. A photoelectric conversion unit whose boundary with another imaging pixel is partially shielded from light may be provided, and the organic photoelectric conversion film may be formed at the boundary with the other imaging pixel.
상기 위상차 검출 화소에는, 복수의 상기 광전 변환층으로서, 유기 광전 변환막과, 기판에 형성되는 광전 변환부를 마련하고, 상기 유기 광전 변환막과 상기 광전 변환부는, 각각 노광량이 다르도록 제어되도록 할 수 있다.The phase difference detection pixel may be provided with a plurality of photoelectric conversion layers, such as an organic photoelectric conversion film and a photoelectric conversion unit formed on a substrate, and the organic photoelectric conversion film and the photoelectric conversion unit may be controlled to have different exposure amounts. there is.
본 기술의 한 측면의 전자 기기는, 복수의 화소를 구비하는 촬상 소자로서, 상기 화소가, 하나의 온 칩 렌즈와, 상기 온 칩 렌즈보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층을 구비하고, 복수의 상기 광전 변환층 중의 적어도 2층의 상기 광전 변환층이, 각각 수광면에 대해 분할 형성, 부분 형성, 또는 부분 차광되어 있는 촬상 소자와, 피사체광을 상기 촬상 소자에 입사하는 렌즈를 구비한다.An electronic device according to one aspect of the present technology is an imaging device having a plurality of pixels, wherein the pixel includes one on-chip lens, a plurality of photoelectric conversion layers formed lower than the on-chip lens, and a plurality of pixels. At least two of the photoelectric conversion layers include an imaging element that is divided, partially formed, or partially shielded from the light-receiving surface, and a lens that makes subject light incident on the imaging element.
복수의 상기 화소에서의 상기 광전 변환층끼리의 출력의 차분을 이용하여, 위상차 검출을 행하는 위상차 검출부와, 검출된 위상차에 응하여, 상기 렌즈의 구동을 제어하는 렌즈 제어부를 또한 마련할 수 있다.A phase difference detection unit that detects the phase difference using the difference in output between the photoelectric conversion layers in the plurality of pixels and a lens control unit that controls driving of the lens in response to the detected phase difference can also be provided.
상기 화소는, 복수의 상기 광전 변환층 중의 가장 상층의 상기 광전 변환층으로서, 부분 형성되어 있는 유기 광전 변환막과, 상기 유기 광전 변환막보다 하층의 기판에 형성되는 상기 광전 변환층으로서, 부분 차광되어 있는 광전 변환부를 마련할 수 있다.The pixel includes an organic photoelectric conversion film partially formed as the uppermost photoelectric conversion layer among the plurality of photoelectric conversion layers, and the photoelectric conversion layer formed on a substrate lower than the organic photoelectric conversion film, partially blocking light. A photoelectric conversion unit can be provided.
상기 유기 광전 변환막의 출력을 이용하여, 화상을 생성하는 화소치로서의 상기 광전 변환부의 출력을 보정하는 결함 보정부를 또한 마련할 수 있다.Using the output of the organic photoelectric conversion film, a defect correction unit that corrects the output of the photoelectric conversion unit as pixel values for generating an image can also be provided.
상기 화소에는, 복수의 상기 광전 변환층 중의 가장 상층의 상기 광전 변환층으로서, 부분 형성되어 있는 유기 광전 변환막과, 상기 유기 광전 변환막보다 하층의 기판에 형성되는 상기 광전 변환층으로서, 인접하는 다른 화소와의 경계 부분이 부분 차광되어 있는 광전 변환부로 마련하고, 상기 유기 광전 변환막은, 상기 다른 화소와의 경계 부분에 형성되도록 할 수 있다.The pixel includes a partially formed organic photoelectric conversion film as the uppermost photoelectric conversion layer among the plurality of photoelectric conversion layers, and an adjacent photoelectric conversion layer as the photoelectric conversion layer formed on a substrate lower than the organic photoelectric conversion film. A photoelectric conversion unit whose boundary with other pixels is partially shielded from light may be provided, and the organic photoelectric conversion film may be formed at the boundary with the other pixels.
상기 유기 광전 변환막의 출력을 이용하여, 화상을 생성하는 화소치로서의 상기 광전 변환부의 출력으로부터 혼색 성분을 감산하는 혼색 감산부를 또한 마련할 수 있다.Using the output of the organic photoelectric conversion film, a color mixing subtractor that subtracts a color mixing component from the output of the photoelectric conversion unit as pixel values for generating an image can also be provided.
분광 특성이 다른 복수의 상기 광전 변환층의 출력을 이용하여, 상기 피사체광의 광원을 추정하는 광원 추정부를 또한 마련할 수 있다.A light source estimation unit that estimates the light source of the subject light can also be provided using the outputs of the plurality of photoelectric conversion layers having different spectral characteristics.
상기 광원 추정부의 추정 결과에 의거하여, 상기 광전 변환부의 출력인 화소치의 색 특성을 보정하는 색 특성 보정부를 또한 마련할 수 있다.Based on the estimation result of the light source estimation unit, a color characteristics correction unit that corrects the color characteristics of the pixel value output from the photoelectric conversion unit may also be provided.
본 기술의 한 측면에서는, 복수의 광전 변환층 중의 적어도 2층의 광전 변환층이, 각각 수광면에 대해 분할 형성, 부분 형성, 또는 부분 차광되어 있다.In one aspect of the present technology, at least two photoelectric conversion layers among the plurality of photoelectric conversion layers are each formed separately, partially formed, or partially shielded from light with respect to the light receiving surface.
본 기술의 한 측면에 의하면, 보다 좋은 화상을 얻는 것이 가능해진다.According to one aspect of the present technology, it becomes possible to obtain better images.
도 1은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
도 2는 촬상 소자의 화소 배치에 관해 설명하는 도면.
도 3은 본 기술의 위상차 검출 화소의 구조례를 도시하는 단면도.
도 4는 종래의 위상차 검출 화소와 본 기술의 위상차 검출 화소를 비교하는 도면.
도 5는 AF 처리에 관해 설명하는 플로 차트.
도 6은 촬상 처리에 관해 설명하는 플로 차트.
도 7은 종래의 결함 보정의 수법에 관해 설명하는 도면.
도 8은 위상차 검출 화소의 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 9는 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 10은 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 11은 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 12는 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 13은 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 14는 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 15는 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 16은 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도.
도 17은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
도 18은 본 기술의 촬상 화소의 구조례를 도시하는 단면도.
도 19는 유기 광전 변환막의 구성례를 도시하는 도면.
도 20은 종래의 촬상 화소와 본 기술의 촬상 화소를 비교하는 도면.
도 21은 촬상 처리에 관해 설명하는 플로 차트.
도 22는 본 기술의 제3의 실시의 형태의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
도 23은 촬상 처리에 관해 설명하는 플로 차트.
도 24는 촬상 장치의 다른 구성례를 도시하는 블록도.
도 25는 혼색 검출 화소 및 촬상 화소의 구조례를 도시하는 단면도.
도 26은 본 기술의 제4의 실시의 형태의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.1 is a block diagram showing a configuration example of an imaging device according to a first embodiment of the present technology.
2 is a diagram explaining the pixel arrangement of the imaging device.
3 is a cross-sectional view showing a structural example of a phase difference detection pixel of the present technology.
4 is a diagram comparing a conventional phase difference detection pixel and the phase difference detection pixel of the present technology.
5 is a flow chart explaining AF processing.
6 is a flow chart explaining image pickup processing.
Fig. 7 is a diagram explaining a conventional defect correction method.
Fig. 8 is a cross-sectional view showing another structural example of a phase difference detection pixel.
Fig. 9 is a cross-sectional view showing another structural example of a phase difference detection pixel.
Fig. 10 is a cross-sectional view showing another structural example of a phase difference detection pixel.
Fig. 11 is a cross-sectional view showing another structural example of a phase difference detection pixel.
Fig. 12 is a cross-sectional view showing another structural example of a phase difference detection pixel.
Fig. 13 is a cross-sectional view showing another structural example of a phase difference detection pixel.
Fig. 14 is a cross-sectional view showing another structural example of a phase difference detection pixel.
Fig. 15 is a cross-sectional view showing another structural example of a phase difference detection pixel.
Fig. 16 is a cross-sectional view showing another structural example of a phase difference detection pixel.
Fig. 17 is a block diagram showing a configuration example of an imaging device according to the second embodiment of the present technology.
Fig. 18 is a cross-sectional view showing a structural example of an imaging pixel of the present technology.
Fig. 19 is a diagram showing a configuration example of an organic photoelectric conversion film.
20 is a diagram comparing a conventional imaging pixel and an imaging pixel of the present technology.
Fig. 21 is a flow chart explaining imaging processing.
Fig. 22 is a block diagram showing a configuration example of an imaging device according to the third embodiment of the present technology.
Fig. 23 is a flow chart explaining imaging processing.
Fig. 24 is a block diagram showing another configuration example of an imaging device.
Fig. 25 is a cross-sectional view showing a structural example of a mixed color detection pixel and an imaging pixel.
Fig. 26 is a block diagram showing a configuration example of an imaging device according to the fourth embodiment of the present technology.
이하, 본 기술의 실시의 형태에 관해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.Hereinafter, embodiments of the present technology will be described with reference to the drawings. In addition, the explanation is carried out in the following order.
1. 제1의 실시의 형태(위상차 검출 및 결함 보정을 행하는 구성)1. First embodiment (configuration for performing phase difference detection and defect correction)
2. 제2의 실시의 형태(혼색 감산을 행하는 구성)2. Second embodiment (configuration for performing color mixing subtraction)
3. 제3의 실시의 형태(혼색 감산 및 광원 추정을 행하는 구성)3. Third embodiment (configuration for performing color mixing subtraction and light source estimation)
4. 제4의 실시의 형태(2개의 촬상 소자를 구비하는 구성)4. Fourth Embodiment (Configuration Equipped with Two Imaging Elements)
<1. 제1의 실시의 형태><1. First embodiment>
[촬상 장치의 구성][Configuration of imaging device]
도 1은, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시되는 촬상 장치(100)는 위상차 검출 방식의 AF(Auto Focus)(위상차 AF)를 행함으로써, 피사체를 촬상하고, 그 피사체의 화상을 전기 신호로서 출력하는 장치이다.1 is a diagram showing a configuration example of an imaging device according to a first embodiment of the present technology. The imaging device 100 shown in FIG. 1 is a device that captures an image of a subject by performing AF (Auto Focus) (phase difference AF) of the phase difference detection method and outputs the image of the subject as an electrical signal.
도 1에 도시되는 촬상 장치(100)는, 렌즈(101), 광학 필터(102), 촬상 소자(103), A/D 변환부(104), 클램프부(105), 위상차 검출부(106), 렌즈 제어부(107), 결함 보정부(108), 디모자이크부(109), 리니어 매트릭스(LM)/화이트 밸런스(WB)/감마 보정부(110), 휘도 크로마 신호 생성부(111), 및 인터페이스(I/F)부(112)로 구성된다.The imaging device 100 shown in FIG. 1 includes a lens 101, an optical filter 102, an imaging element 103, an A/D conversion unit 104, a clamp unit 105, a phase difference detection unit 106, Lens control unit 107, defect correction unit 108, demosaicing unit 109, linear matrix (LM)/white balance (WB)/gamma correction unit 110, luminance chroma signal generation unit 111, and interface. It consists of (I/F) part 112.
렌즈(101)는, 촬상 소자(103)에 입사하는 피사체광의 초점 거리의 조정을 행한다. 렌즈(101)의 후단에는, 촬상 소자(103)에 입사하는 피사체광의 광량 조정을 행하는 조리개(도시 생략)가 마련되어 있다. 렌즈(101)의 구체적인 구성은 임의이고, 예를 들면, 렌즈(101)는 복수의 렌즈에 의해 구성되어 있어도 좋다.The lens 101 adjusts the focal length of the subject light incident on the imaging device 103. At the rear end of the lens 101, an aperture (not shown) is provided to adjust the amount of subject light incident on the imaging device 103. The specific configuration of the lens 101 is arbitrary, and for example, the lens 101 may be composed of a plurality of lenses.
렌즈(101)를 투과하는 피사체광은, 예를 들면, 적외광 이외의 광을 투과하는 IR 커트 필터 등으로서 구성되는 광학 필터(102)를 통하여 촬상 소자(103)에 입사한다.The object light that passes through the lens 101 enters the imaging device 103 through the optical filter 102, which is configured as, for example, an IR cut filter that transmits light other than infrared light.
촬상 소자(103)는, 피사체광을 광전 변환하는 포토 다이오드 등의 광전 변환 소자를 갖는 복수의 화소를 구비한다. 각 화소는, 피사체광을 전기 신호로 변환한다. 촬상 소자(103)는, 예를 들면, 광전 변환 소자가 광으로부터 발생한 전하를 판독하기 위해 전하 결합 소자(CCD(Charge Coupled Device))라고 불리는 회로 소자를 이용하여 전송을 행하는 CCD 이미지 센서라도 좋고, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 이용한, 단위 셀마다 증폭기를 갖는 CMOS 이미지 센서 등이라도 좋다.The imaging element 103 includes a plurality of pixels having photoelectric conversion elements such as photodiodes that photoelectrically convert object light. Each pixel converts object light into an electrical signal. The imaging element 103 may be, for example, a CCD image sensor in which a photoelectric conversion element reads charges generated from light and transmits them using a circuit element called a charge coupled device (CCD). A CMOS image sensor using CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) and having an amplifier for each unit cell may also be used.
촬상 소자(103)는, 광전 변환 소자의 피사체측에, 화소마다 컬러 필터를 갖고 있다. 컬러 필터는, 적(R), 녹(G), 및 청(B) 등의 각 색의 필터가 각 광전 변환 소자상에 예를 들면 베이어 배열로 배치되어 있다. 즉, 촬상 소자(103)는, 필터를 투과한 각 색의 피사체광을 광전 변환하고, 그 전기 신호를 A/D 변환부(104)에 공급한다.The imaging element 103 has a color filter for each pixel on the subject side of the photoelectric conversion element. As for the color filter, filters of each color, such as red (R), green (G), and blue (B), are arranged on each photoelectric conversion element in, for example, a Bayer array. That is, the imaging element 103 photoelectrically converts the subject light of each color that has passed through the filter and supplies the electrical signal to the A/D conversion unit 104.
촬상 소자(103)의 컬러 필터의 색은 임의이고, RGB 이외의 색이 포함되어 있어도 좋고, RGB의 일부 또는 전부의 색이 사용되지 않아도 좋다. 또한, 각 색의 배열도 임의이고, 베이어 배열 이외의 배열이라도 좋다. 예를 들면, 촬상 소자(103)의 컬러 필터의 배열로서, 화이트 화소(특개2009-296276호 공보에 기재)나 에메랄드 화소를 포함하는 배열이나, 클리어 비트 배열 등을 적용할 수도 있다.The color of the color filter of the imaging device 103 is arbitrary, and may include colors other than RGB, or some or all of the RGB colors may not be used. Additionally, the arrangement of each color is arbitrary, and an arrangement other than the Bayer arrangement may be used. For example, as an arrangement of the color filter of the imaging element 103, an arrangement including white pixels (described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-296276) or emerald pixels, a clear bit arrangement, etc. may be applied.
또한, 촬상 소자(103)에는, 수광한 피사체광에 의거하여 화상을 생성하기 위한 신호를 생성하는 화소(촬상 화소)와, 위상차 검출에 의한 AF를 행하기 위한 신호를 생성하는 화소(위상차 검출 화소)가 배치된다.Additionally, the imaging element 103 includes a pixel (imaging pixel) that generates a signal for generating an image based on the received object light, and a pixel (phase difference detection pixel) that generates a signal for performing AF by phase difference detection. ) is placed.
도 2는, 촬상 소자(103)의 화소 배치의 예를 도시하고 있다.FIG. 2 shows an example of pixel arrangement of the imaging device 103.
도 2에 도시되는 바와 같이, 촬상 소자(103)에는, 백색의 정방형으로 도시되는 복수의 촬상 화소가 행렬형상으로 2차원 배치되어 있다. 촬상 화소는, R화소, G화소, 및 B화소로 이루어지고, 이들은, 베이어 배열에 따라 규칙적으로 배치되어 있다.As shown in FIG. 2, in the imaging element 103, a plurality of imaging pixels shown as white squares are two-dimensionally arranged in a matrix. The imaging pixel consists of an R pixel, a G pixel, and a B pixel, and these are regularly arranged according to a Bayer arrangement.
또한, 촬상 소자(103)에는, 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소 중에, 흑색의 정방형으로 도시되는 복수의 위상차 검출 화소가 산재하여 배치되어 있다. 위상차 검출 화소는, 촬상 소자(103)에서의 소정의 촬상 화소의 일부가 치환됨으로써, 특정한 패턴으로 규칙적으로 배치되어 있다. 도 2의 예에서는, 2개의 G화소가, 위상차 검출 화소(P1, P2)로 치환되어 있다. 또한, 위상차 검출 화소는, 촬상 소자(103)에서 불규칙하게 배치되도록 하여도 좋다. 위상차 검출 화소가 규칙적으로 배치되도록 하면, 후술하는 결함 보정 등의 신호 처리를 용이하게 할 수 있고, 위상차 검출 화소가 불규칙하게 배치되도록 하면, 결함 보정에 의한 아티팩트도 불규칙하게 되어, 그 시인성을 저하시킬(눈에 띄지 않게 할) 수 있다.Additionally, in the imaging element 103, a plurality of phase difference detection pixels shown in black squares are arranged interspersed among a plurality of imaging pixels arranged two-dimensionally in a matrix. The phase difference detection pixels are regularly arranged in a specific pattern by replacing some of the predetermined imaging pixels in the imaging element 103. In the example of FIG. 2, the two G pixels are replaced with phase difference detection pixels P1 and P2. Additionally, the phase difference detection pixels may be arranged irregularly in the imaging element 103. If the phase difference detection pixels are arranged regularly, signal processing such as defect correction, which will be described later, can be facilitated. If the phase difference detection pixels are arranged irregularly, artifacts caused by defect correction will also be irregular, which will reduce their visibility. You can (make it unnoticeable).
도 1의 설명으로 되돌아와, A/D 변환부(104)는, 촬상 소자(103)로부터 공급된 RGB의 전기 신호(아날로그 신호)를 디지털 데이터(화상 데이터)로 변환한다. A/D 변환부(104)는, 그 디지털 데이터의 화상 데이터(RAW 데이터)를 클램프부(105)에 공급한다.Returning to the explanation of FIG. 1, the A/D conversion unit 104 converts the RGB electrical signals (analog signals) supplied from the imaging device 103 into digital data (image data). The A/D conversion unit 104 supplies image data (RAW data) of the digital data to the clamp unit 105.
클램프부(105)는, 화상 데이터로부터, 흑색으로 판정되는 레벨인 흑레벨을 감산한다. 클램프부(105)는, 흑레벨을 감산한 화상 데이터 중, 위상차 검출 화소로부터 출력된 화상 데이터를 위상차 검출부(106)에 공급한다. 또한, 클램프부(105)는, 흑레벨을 감산한 화상 데이터의 전 화소분을 결함 보정부(108)에 공급한다.The clamp unit 105 subtracts the black level, which is the level determined to be black, from the image data. The clamp unit 105 supplies the image data output from the phase difference detection pixel to the phase difference detection unit 106 among the image data from which the black level has been subtracted. Additionally, the clamp unit 105 supplies all pixels of the image data with the black level subtracted to the defect correction unit 108.
즉, 위상차 검출에는, 위상차 검출 화소의 출력만이 이용되지만, 화상의 생성에는, 촬상 화소의 출력은 물론, 위상차 검출 화소의 출력도 이용된다.That is, only the output of the phase difference detection pixel is used for phase difference detection, but for image generation, not only the output of the imaging pixel but also the output of the phase difference detection pixel is used.
위상차 검출부(106)는, 클램프부(105)로부터의 화상 데이터에 의거하여 위상차 검출 처리 행함으로써, 포커스를 맞추는 대상의 물체(합초(合焦) 대상물)에 대해 포커스가 맞아 있는지의 여부를 판정한다. 위상차 검출부(106)는, 포커스 에어리어에서의 물체에 포커스가 맞아 있는 경우, 합초하고 있는 것을 나타내는 정보를 합초 판정 결과로서, 렌즈 제어부(107)에 공급한다. 또한, 위상차 검출부(106)는, 합초 대상물에 포커스가 맞지 않은 경우, 포커스의 어긋남의 양(디포커스량)을 산출하고, 그 산출한 디포커스량을 나타내는 정보를 합초 판정 결과로서, 렌즈 제어부(107)에 공급한다.The phase difference detection unit 106 determines whether the object to be focused (in-focus object) is in focus by performing phase difference detection processing based on the image data from the clamp unit 105. . When an object in the focus area is in focus, the phase difference detection unit 106 supplies information indicating that it is in focus to the lens control unit 107 as an in-focus determination result. In addition, the phase difference detection unit 106 calculates the amount of out-of-focus (defocus amount) when the in-focus object is out of focus, and uses information indicating the calculated defocus amount as the in-focus determination result of the lens control unit ( 107).
렌즈 제어부(107)는, 렌즈(101)의 구동을 제어한다. 구체적으로는, 렌즈 제어부(107)는, 위상차 검출부(106)로부터 공급된 합초 판정 결과에 의거하여, 렌즈(101)의 구동량을 산출하고, 그 산출한 구동량에 응하여 렌즈(101)를 이동시킨다.The lens control unit 107 controls the driving of the lens 101. Specifically, the lens control unit 107 calculates the driving amount of the lens 101 based on the in-focus determination result supplied from the phase difference detection unit 106, and moves the lens 101 in response to the calculated driving amount. I order it.
예를 들면, 렌즈 제어부(107)는, 포커스가 맞아 있는 경우에는, 렌즈(101)의 현재의 위치를 유지시킨다. 또한, 렌즈 제어부(107)는, 포커스가 맞지 않은 경우에는, 디포커스량을 나타내는 합초 판정 결과와 렌즈(101)의 위치에 의거하여 구동량을 산출하고, 그 구동량에 응하여 렌즈(101)를 이동시킨다.For example, when the lens control unit 107 is in focus, it maintains the current position of the lens 101. In addition, when the lens control unit 107 is out of focus, the lens control unit 107 calculates a driving amount based on the in-focus determination result indicating the defocus amount and the position of the lens 101, and moves the lens 101 according to the driving amount. Move it.
또한, 렌즈 제어부(107)는, 상술한 바와 같은 위상차 AF에 더하여, 콘트라스트 AF를 행함으로써, 렌즈(101)의 구동을 제어하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 렌즈 제어부(107)는, 위상차 검출부(106)로부터, 합초 판정 결과로서 포커스의 어긋남의 양(디포커스량)을 나타내는 정보가 공급되는 경우, 포커스의 어긋남의 방향(전(前) 핀인지 후 핀인지)을 판별하고, 그 방향에 대해 콘트라스트 AF를 행하도록 하여도 좋다.Additionally, the lens control unit 107 may control the driving of the lens 101 by performing contrast AF in addition to the phase difference AF as described above. For example, when information indicating the amount of focus misalignment (defocus amount) is supplied from the phase difference detection unit 106 as an in-focus determination result, the lens control unit 107 operates in the direction of focus misalignment (previous). It is also possible to determine whether it is a pin or a post-pin and perform contrast AF in that direction.
결함 보정부(108)는, 클램프부(105)로부터의 화상 데이터에 의거하여, 올바른 화소치를 얻을 수 없는 결함 화소에 관해, 그 화소치의 보정, 즉 결함 보정을 행한다. 결함 보정부(108)는, 결함 화소의 보정을 행한 화상 데이터를 디모자이크부(109)에 공급한다.The defect correction unit 108 corrects the pixel value of a defective pixel for which a correct pixel value cannot be obtained, that is, performs defect correction, based on the image data from the clamp unit 105. The defect correction unit 108 supplies image data on which defective pixels have been corrected to the demosaicing unit 109.
디모자이크부(109)는, 결함 보정부(108)로부터의 RAW 데이터에 대해 디모자이크 처리를 행하고, 색정보의 보완 등을 행하여 RGB 데이터로 변환한다. 디모자이크부(109)는, 디모자이크 처리 후의 화상 데이터(RGB 데이터)를 LM/WB/감마 보정부(110)에 공급한다.The demosaicing unit 109 performs demosaicing processing on the RAW data from the defect correction unit 108, supplements color information, etc., and converts it into RGB data. The demosaicing unit 109 supplies image data (RGB data) after demosaicing processing to the LM/WB/gamma correction unit 110.
LM/WB/감마 보정부(110)는, 디모자이크부(109)로부터의 RGB 데이터에 대해, 색 특성의 보정을 행한다. 구체적으로는, LM/WB/감마 보정부(110)는, 규격으로 정하여진 원색(RGB)의 색도점과 실제의 카메라의 색도점의 차를 메우기 위해, 매트릭스 계수를 이용하여 화상 데이터의 각 색 신호를 보정하고, 색 재현성을 변화시키는 처리를 행한다. 또한, LM/WB/감마 보정부(110)는, RGB 데이터의 각 채널의 값에 관해 백(白)에 대한 게인을 설정함으로써, 화이트 밸런스를 조정한다. 또한, LM/WB/감마 보정부(110)는, 화상 데이터의 색과 출력 디바이스 특성과의 상대 관계를 조절하여, 보다 오리지널에 가까운 표시를 얻기 위한 감마 보정을 행한다. LM/WB/감마 보정부(110)는, 보정 후의 화상 데이터(RGB 데이터)를 휘도 크로마 신호 생성부(111)에 공급한다.The LM/WB/gamma correction unit 110 corrects color characteristics of the RGB data from the demosaicing unit 109. Specifically, the LM/WB/gamma correction unit 110 uses matrix coefficients to compensate for each color of the image data in order to make up for the difference between the chromaticity point of the primary colors (RGB) specified in the standard and the chromaticity point of the actual camera. Processing is performed to correct the signal and change color reproducibility. Additionally, the LM/WB/gamma correction unit 110 adjusts the white balance by setting a gain for white for the value of each channel of RGB data. Additionally, the LM/WB/gamma correction unit 110 adjusts the relative relationship between the color of the image data and the output device characteristics and performs gamma correction to obtain a display closer to the original. The LM/WB/gamma correction unit 110 supplies the corrected image data (RGB data) to the luminance chroma signal generation unit 111.
휘도 크로마 신호 생성부(111)는, LM/WB/감마 보정부(110)로부터 공급된 RGB 데이터로부터 휘도 신호(Y)와 색차 신호(Cr, Cb)를 생성한다. 휘도 크로마 신호 생성부(111)는, 휘도 크로마 신호(Y, Cr, Cb)를 생성하면, 그 휘도 신호와 색차 신호를 I/F부(112)에 공급한다.The luminance chroma signal generator 111 generates a luminance signal (Y) and color difference signals (Cr, Cb) from RGB data supplied from the LM/WB/gamma correction unit 110. When the luminance chroma signal generation unit 111 generates luminance chroma signals (Y, Cr, Cb), it supplies the luminance signal and the color difference signal to the I/F unit 112.
I/F부(112)는, 공급된 화상 데이터(휘도 크로마 신호)를, 촬상 장치(100)의 외부(예를 들면, 화상 데이터를 기억하는 기억 디바이스나, 화상 데이터의 화상을 표시하는 표시 디바이스 등)에 출력한다.The I/F unit 112 transmits the supplied image data (luminance chroma signal) to the outside of the imaging device 100 (for example, a storage device that stores the image data or a display device that displays an image of the image data). etc.).
[위상차 검출 화소의 구조례][Structure example of phase detection pixel]
도 3은, 본 기술의 위상차 검출 화소의 구조례를 도시하는 단면도이다. 또한, 도 3에서는, 위상차 검출 화소(P1, P2)는 서로 인접하여 배치되어 있는 것으로서 도시되어 있지만, 도 2에 도시되는 바와 같이, 소정수의 촬상 화소를 끼우고 배치되어 있어도 좋다.Fig. 3 is a cross-sectional view showing a structural example of a phase difference detection pixel of the present technology. Moreover, in FIG. 3, the phase difference detection pixels P1 and P2 are shown as being arranged adjacent to each other, but as shown in FIG. 2, they may be arranged with a predetermined number of imaging pixels sandwiched between them.
도 3에 도시되는 바와 같이, 위상차 검출 화소(P1, P2)에서는, 반도체 기판(Si 기판)(121)에 광전 변환부로서의 포토 다이오드(122)가 형성되어 있다. 반도체 기판(121)의 상층에는, 차광막(123)과 컬러 필터(124)가 동일층에 형성되어 있고, 그들의 상층, 구체적으로는 차광막(123)의 바로 위에는, 차광막(123)과 개략 동일의 면적의 유기 광전 변환막(125)이 형성되어 있다. 또한, 유기 광전 변환막(125)의 위에는, 온 칩 렌즈(126)가 형성되어 있다.As shown in FIG. 3, in the phase detection pixels P1 and P2, a photodiode 122 as a photoelectric conversion unit is formed on a semiconductor substrate (Si substrate) 121. In the upper layer of the semiconductor substrate 121, a light-shielding film 123 and a color filter 124 are formed in the same layer, and their upper layer, specifically, directly above the light-shielding film 123, has an area that is approximately the same as that of the light-shielding film 123. The organic photoelectric conversion film 125 is formed. Additionally, an on-chip lens 126 is formed on the organic photoelectric conversion film 125.
차광막(123)은, 금속제라도 좋고, 광을 흡수하는 블랙 필터라도 좋다. 또한, 차광막(123)을, 유기 광전 변환막(125)의 전극에 의해 구성되도록 하여도 좋다. 이 경우, 배선층을 삭감할 수 있기 때문에, 촬상 소자(103)를 저배화(低背化)할 수 있고, 나아가서는, 포토 다이오드(122)의 감도를 향상시킬 수 있다.The light-shielding film 123 may be made of metal or may be a black filter that absorbs light. Additionally, the light-shielding film 123 may be formed of electrodes of the organic photoelectric conversion film 125. In this case, since the wiring layer can be reduced, the imaging element 103 can be reduced in size, and further, the sensitivity of the photodiode 122 can be improved.
컬러 필터(124)는, 위상차 검출 화소(P1)와 위상차 검출 화소(P2)에서 같은 색이라도 좋고, 서로 다른 색이라도 좋다. 또한, 위상차 검출 화소(P1, P2)가 화이트 화소인 경우에는, 컬러 필터(124)를 마련하지 않도록 하여도 좋다.The color filter 124 may be the same color as the phase difference detection pixel P1 and the phase difference detection pixel P2, or may be of different colors. Additionally, when the phase difference detection pixels P1 and P2 are white pixels, the color filter 124 may not be provided.
유기 광전 변환막(125)은, 특정한 파장의 광을 광전 변환한다. 예를 들면, 유기 광전 변환막(125)은, 적색, 녹색, 청색의 3색의 어느 하나의 광을 광전 변환한다.The organic photoelectric conversion film 125 photoelectrically converts light of a specific wavelength. For example, the organic photoelectric conversion film 125 photoelectrically converts light of any of the three colors of red, green, and blue.
녹색의 광을 광전 변환하는 유기 광전 변환막으로서는, 예를 들면 로다민계 색소, 메로시아닌계 색소, 퀴나크리돈 등을 포함하는 유기 광전 변환 재료를 사용할 수 있다. 적색의 광을 광전 변환하는 유기 광전 변환막으로서는, 프탈로시아닌계 색소를 포함하는 유기 광전 변환 재료를 사용할 수 있다. 청색의 광을 광전 변환하는 유기 광전 변환막으로서는, 쿠마린계 색소, 리스-8-히드록시퀴놀린Al(Alq3), 메로시아닌계 색소 등을 포함하는 유기 광전 변환 재료를 사용할 수 있다.As an organic photoelectric conversion film that photoelectrically converts green light, for example, an organic photoelectric conversion material containing a rhodamine-based dye, a merocyanine-based dye, quinacridone, etc. can be used. As an organic photoelectric conversion film that photoelectrically converts red light, an organic photoelectric conversion material containing a phthalocyanine-based pigment can be used. As an organic photoelectric conversion film that photoelectrically converts blue light, an organic photoelectric conversion material containing a coumarin-based dye, lys-8-hydroxyquinoline Al(Alq3), a merocyanine-based dye, etc. can be used.
또한, 유기 광전 변환막(125)은, 적색, 녹색, 청색 등의 가시광으로 한하지 않고, 백색광, 적외광이나 자외광을 광전 변환하도록 하여도 좋다.In addition, the organic photoelectric conversion film 125 is not limited to visible light such as red, green, and blue, and may be configured to photoelectrically convert white light, infrared light, or ultraviolet light.
도 3에 도시되는 각각의 위상차 검출 화소는, 하나의 온 칩 렌즈(126)와, 그 온 칩 렌즈(126)보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층, 구체적으로는, 상층부터 유기 광전 변환막(125), 포토 다이오드(122)를 구비하고 있다. 여기서, 온 칩 렌즈(126)가 형성되는 면을, 1화소당의 수광면으로 정의하면, 유기 광전 변환막(125)은, 수광면에 대해 부분적으로 형성되어 있다(이하, 부분 형성되어 있다고 한다). 또한, 포토 다이오드(122)는, 차광막(123)에 의해 그 일부(예를 들면 반분)가 차광되어 있다(이하, 부분 차광되어 있다고 한다).Each phase detection pixel shown in FIG. 3 includes one on-chip lens 126 and a plurality of photoelectric conversion layers formed lower than the on-chip lens 126, specifically, an organic photoelectric conversion film (from the upper layer) 125) and a photodiode 122. Here, if the surface on which the on-chip lens 126 is formed is defined as the light-receiving surface per pixel, the organic photoelectric conversion film 125 is partially formed with respect to the light-receiving surface (hereinafter referred to as partially formed). . In addition, the photodiode 122 is partially (for example, half) shielded from light by the light shielding film 123 (hereinafter referred to as partially shielded).
또한, 도 3에서는, 위상차 검출 화소(P1, P2)는, 각각 좌측 차광, 우측 차광의 구성을 취하고 있지만, 각각의 화소 배치에 응하여, 상측 차광, 하측 차광의 구성을 취하도록 하여도 좋고, 비스듬히 차광되도록 하여도 좋다.In addition, in FIG. 3, the phase difference detection pixels P1 and P2 have a left-shading and right-shading configuration, respectively. However, depending on the arrangement of each pixel, they may be configured to have an upper light-shielding and lower-side light-shading configuration, and can be detected at an angle. It may be shaded from light.
다음에, 도 4를 참조하여, 종래의 위상차 검출 화소와 본 기술의 위상차 검출 화소와의 구조를 비교한다.Next, with reference to FIG. 4, the structures of the conventional phase difference detection pixel and the phase difference detection pixel of the present technology are compared.
도 4 좌측에 도시되는 종래의 위상차 검출 화소에서, 도 4 우측에 도시되는 본 기술의 위상차 검출 화소와 다른 것은, 유기 광전 변환막(125)이 마련되지 않은 점이다.The conventional phase difference detection pixel shown on the left side of FIG. 4 differs from the phase difference detection pixel of the present technology shown on the right side of FIG. 4 in that the organic photoelectric conversion film 125 is not provided.
종래의 위상차 검출 화소의 구조에 의하면, 입사광(L1)의 일부가 좌측의 화소의 차광막(123)에 반사한 후, 촬상 소자(103) 내에서 난반사함에 의해, 또한, 입사광(R1)의 일부가 우측의 화소의 차광막(123)에 반사한 후, 촬상 소자(103) 내에서 난반사함에 의해, 플레어나 인접 화소에의 혼색을 일으킬 가능성이 있다.According to the structure of a conventional phase detection pixel, a part of the incident light L1 is reflected by the light shielding film 123 of the pixel on the left and then diffusely reflected within the imaging element 103, so that a part of the incident light R1 is also reflected. After being reflected on the light shielding film 123 of the pixel on the right, there is a possibility that flare or color mixing in adjacent pixels may occur due to diffuse reflection within the imaging element 103.
또한, 종래의 위상차 검출 화소에서는, 포토 다이오드(122)의 반분이 차광막(123)에 의해 차광되어 있기 때문에, 저조도 환경하에서는 SNR이 충분히 얻어지지 않아, 정확하게 위상차 검출이 행하여지지 않을 우려가 있다.Additionally, in the conventional phase difference detection pixel, since half of the photo diode 122 is shielded from light by the light shielding film 123, there is a risk that sufficient SNR cannot be obtained in a low-light environment and phase difference detection may not be performed accurately.
또한, 상술한 바와 같이, 화상의 생성에는 위상차 검출 화소의 출력도 사용되는데, 상술한 이유에 의해, 촬상 화소의 출력과 비교하여 위상차 검출 화소의 출력은 작아지기 때문에, 위상차 검출 화소의 출력을, 그 주변의 촬상 화소의 출력에 의거하여 보정할 필요가 있다.In addition, as described above, the output of the phase difference detection pixel is also used to generate an image, but for the reasons described above, the output of the phase difference detection pixel is smaller than the output of the imaging pixel, so the output of the phase difference detection pixel is: It is necessary to correct it based on the output of the surrounding imaging pixels.
한편, 본 기술의 위상차 검출 화소의 구조에 의하면, 입사광(L1)의 일부는 좌측의 화소의 유기 광전 변환막(125)에서 일부 흡수되어 투과하고, 차광막(123)에 반사한 후, 재차 유기 광전 변환막(125)에서 흡수된다. 마찬가지로, 입사광(R1)의 일부는 우측의 화소의 유기 광전 변환막(125)에서 일부 흡수되어 투과하고, 차광막(123)에 반사한 후, 재차 유기 광전 변환막(125)에서 흡수된다. 따라서 촬상 소자(103) 내에서의 입사광의 난반사를 억제할 수 있고, 플레어나 인접 화소에의 혼색의 발생을 막을 수 있다.On the other hand, according to the structure of the phase detection pixel of the present technology, part of the incident light L1 is partially absorbed and transmitted by the organic photoelectric conversion film 125 of the left pixel, is reflected on the light shielding film 123, and then is again converted to organic photoelectric conversion. It is absorbed in the conversion film 125. Similarly, part of the incident light R1 is absorbed and transmitted by the organic photoelectric conversion film 125 of the pixel on the right, is reflected by the light blocking film 123, and is then absorbed by the organic photoelectric conversion film 125 again. Therefore, diffuse reflection of incident light within the imaging device 103 can be suppressed, and occurrence of flare or color mixing in adjacent pixels can be prevented.
또한, 본 기술의 위상차 검출 화소에서는, 종래 차광되어 있던 입사광이 유기 광전 변환막(125)에 의해 광전 변환되게 되기 때문에, 포토 다이오드(122)의 출력에 더하여, 유기 광전 변환막(125)의 출력을 얻을 수 있다. 이에 의해, 저조도 환경하에서도 SNR을 충분 얻을 수가 있어서, 정확하게 위상차 검출을 행할 수가 있도록 된다.In addition, in the phase detection pixel of the present technology, incident light that has been conventionally blocked is photoelectrically converted by the organic photoelectric conversion film 125, so in addition to the output of the photodiode 122, the output of the organic photoelectric conversion film 125 can be obtained. As a result, sufficient SNR can be obtained even in a low-light environment, and phase difference detection can be performed accurately.
또한, 유기 광전 변환막(125)을 투과하여 차광막(123)에 반사한 입사광은, 재차 유기 광전 변환막(125)에 입사하기 때문에, 유기 광전 변환막(125)에서의 광전 변환의 효율을 높일 수 있다. 이에 의해, 위상차 검출의 더한층의 정밀도 향상을 도모할 수 있다. 또한, 유기 광전 변환막(125)의 막두께를 얇게 하여도 그 출력이 충분 얻어지는 경우에는, 촬상 소자(103)를 저배화 할 수 있고, 나아가서는, 포토 다이오드(122)의 감도를 향상시킬 수 있다.In addition, the incident light that passes through the organic photoelectric conversion film 125 and is reflected by the light shielding film 123 re-enters the organic photoelectric conversion film 125, thereby increasing the efficiency of photoelectric conversion in the organic photoelectric conversion film 125. You can. Thereby, it is possible to further improve the precision of phase difference detection. In addition, if sufficient output is obtained even if the thickness of the organic photoelectric conversion film 125 is thinned, the imaging element 103 can be reduced in height, and further, the sensitivity of the photodiode 122 can be improved. there is.
또한, 포토 다이오드(122)의 출력에 더하여, 유기 광전 변환막(125)의 출력을 얻을 수 있기 때문에, 위상차 검출 화소의 출력을, 그 주변의 촬상 화소의 출력에 의거하여 보정할 필요는 없다.Additionally, since the output of the organic photoelectric conversion film 125 can be obtained in addition to the output of the photodiode 122, there is no need to correct the output of the phase difference detection pixel based on the output of the imaging pixels around it.
[위상차 AF 처리에 관해][About phase detection AF processing]
여기서, 도 5의 플로 차트를 참조하여, 촬상 장치(100)에 의한 위상차 AF 처리에 관해 설명한다. 위상차 AF 처리는, 피사체를 촬상할 때에 촬상 장치(100)에 의해 실행되는 촬상 처리 전에 실행된다.Here, with reference to the flow chart in FIG. 5, phase difference AF processing by the imaging device 100 will be described. Phase difference AF processing is performed before imaging processing performed by the imaging device 100 when imaging a subject.
우선, 스텝 S101에서, 촬상 소자(103)는, 각 화소의 입사광을 광전 변환하고, 각 화소 신호를 판독하고, A/D 변환부(104)에 공급한다.First, in step S101, the imaging element 103 photoelectrically converts the incident light at each pixel, reads each pixel signal, and supplies it to the A/D conversion unit 104.
스텝 S102에서, A/D 변환부(104)는, 촬상 소자(103)로부터의 각 화소 신호를 A/D 변환하고, 클램프부(105)에 공급한다.In step S102, the A/D conversion unit 104 performs A/D conversion on each pixel signal from the imaging device 103 and supplies it to the clamp unit 105.
스텝 S103에서, 클램프부(105)는, A/D 변환부(104)로부터의 각 화소 신호(화소치)로부터, 유효 화소 영역의 외부에 마련되어 있는 OPB(Optical Black) 영역에서 검출된 흑레벨을 감산한다. 클램프부(105)는, 흑레벨을 감산한 화상 데이터 중, 위상차 검출 화소로부터 출력된 화상 데이터(화소치)를 위상차 검출부(106)에 공급한다.In step S103, the clamp unit 105 determines the black level detected in the OPB (Optical Black) area provided outside the effective pixel area from each pixel signal (pixel value) from the A/D conversion unit 104. Subtract. The clamp unit 105 supplies the image data (pixel value) output from the phase difference detection pixel to the phase difference detection unit 106 among the image data from which the black level has been subtracted.
스텝 S104에서, 위상차 검출부(106)는, 클램프부(105)로부터의 화상 데이터에 의거하여 위상차 검출 처리를 행함으로써, 합초 판정을 행한다. 위상차 검출 처리는, 예를 들면 도 4에 도시되는 위상차 검출 화소(P1, P2)와 같은, 서로 반대의 수광면을 차광한 화소끼리의 출력의 차분을 이용하여 행하여진다.In step S104, the phase difference detection unit 106 performs in-focus determination by performing phase difference detection processing based on the image data from the clamp unit 105. The phase difference detection process is performed using the difference in output between pixels that block light from opposite light-receiving surfaces, such as the phase difference detection pixels P1 and P2 shown in FIG. 4, for example.
종래, 도 4 좌측에 도시되는 종래의 위상차 검출 화소(P1, P2)에서의 포토 다이오드(122)의 출력을 각각 PhasePixel_P1, PhasePixel_P2라고 하면, 검출되는 위상차(Phase_Diff)는, 예를 들면 이하의 식(1), (2)에 의해 구하여지고 있다.Conventionally, assuming that the outputs of the photodiodes 122 in the conventional phase difference detection pixels P1 and P2 shown on the left side of FIG. 4 are respectively PhasePixel_P1 and PhasePixel_P2, the detected phase difference (Phase_Diff) is, for example, the following equation ( It is obtained by 1) and (2).
[수식 1][Formula 1]
[수식 2][Formula 2]
한편, 본 기술에서는, 도 4 우측에 도시되는 본 기술의 위상차 검출 화소(P1, P2)에서의 포토 다이오드(122)의 출력을 각각 PhasePixel_P1, PhasePixel_P2, 유기 광전 변환막(125)의 출력을 각각 PhasePixel_Organic1, PhasePixel_Organic2라고 하면, 검출되는 위상차(Phase_Diff)는, 예를 들면 이하의 식(3), (4), (5)에 의해 구하여진다.Meanwhile, in the present technology, the outputs of the photodiodes 122 in the phase detection pixels P1 and P2 of the present technology shown on the right side of Figure 4 are respectively PhasePixel_P1 and PhasePixel_P2, and the outputs of the organic photoelectric conversion film 125 are respectively PhasePixel_Organic1. , PhasePixel_Organic2, the detected phase difference (Phase_Diff) is obtained, for example, by the following equations (3), (4), and (5).
[수식 3][Formula 3]
[수식 4][Formula 4]
[수식 5][Formula 5]
또한, 본 기술에서는, 이하의 식(6), (7)에 의해, 위상차 검출 화소(P1, P2)의 포토 다이오드(122)의 출력의 차분(Phase_Diff_A)과, 위상차 검출 화소(P1, P2)의 유기 광전 변환막(125)의 출력의 차분(Phase_Diff_B)을 구하고, 각각의 확실다움을 판별하는 등 하여, Phase_Diff_A, Phase_Diff_B의 어느 하나를 위상차로 하도록 하여도 좋다.In addition, in this technology, the difference (Phase_Diff_A) of the output of the photodiode 122 of the phase difference detection pixel (P1, P2) and the phase difference detection pixel (P1, P2) are calculated according to the following equations (6) and (7). The difference (Phase_Diff_B) of the output of the organic photoelectric conversion film 125 may be determined and the accuracy of each may be determined, so that either Phase_Diff_A or Phase_Diff_B may be used as the phase difference.
[수식 6][Formula 6]
[수식 7][Formula 7]
또한, 상술한 식(3) 내지 (7)에서, PhasePixel_P1, PhasePixel_P2 및 PhasePixel_Organic1, PhasePixel_Organic2는, 위상차 검출 화소(P1, P2) 각각의 포토 다이오드(122) 및 유기 광전 변환막(125)의 출력의 값 그 자체라고 하였지만, 각각의 출력에 소정의 계수를 이용하여 게인을 부여한 값으로 하여도 좋다. 또한, 위상차 검출 화소(P1, P2) 각각의 포토 다이오드(122) 및 유기 광전 변환막(125)의 출력을 이용하여 구하여진 위상차는, 상술한 식(3) 내지 (7)에 의해 구하여지는 것으로 한하지 않고, 다른 연산을 적용하여 구하여지는 것이라도 좋다.In addition, in the above-mentioned equations (3) to (7), PhasePixel_P1, PhasePixel_P2 and PhasePixel_Organic1, PhasePixel_Organic2 are the values of the output of the photodiode 122 and the organic photoelectric conversion film 125 of each of the phase detection pixels (P1 and P2). Although it is said to be as is, it may be used as a value where gain is given to each output using a predetermined coefficient. In addition, the phase difference obtained using the output of the photodiode 122 and the organic photoelectric conversion film 125 of each of the phase difference detection pixels P1 and P2 is obtained by the above-mentioned equations (3) to (7). It is not limited, and may be obtained by applying other operations.
이와 같이, 종래의 위상차 검출 화소에서는, 위상차 검출에, 2화소 각각의 포토 다이오드(122)가 출력밖에 이용할 수가 없었지만, 본 기술의 위상차 검출 화소에서는, 위상차 검출에, 2화소 각각의 포토 다이오드(122)의 출력에 더하여, 각각의 유기 광전 변환막(125)의 출력을 이용할 수 있다.In this way, in the conventional phase difference detection pixel, only the photodiode 122 of each of the two pixels can be used for phase difference detection, but in the phase difference detection pixel of the present technology, the photodiode 122 of each of the two pixels is used for phase difference detection. In addition to the output of ), the output of each organic photoelectric conversion film 125 can be used.
이와 같이 하여 위상차 검출 처리가 행하여지고, 합초 판정이 행하여지면, 위상차 검출부(106)는, 그 합초 판정 결과를 렌즈 제어부(107)에 공급한다.When the phase difference detection process is performed in this way and the in-focus determination is made, the phase difference detection unit 106 supplies the in-focus determination result to the lens control unit 107.
스텝 S105에서, 렌즈 제어부(107)는, 위상차 검출부(106)로부터의 합초 판정 결과에 의거하여, 렌즈(101)의 구동을 제어한다.In step S105, the lens control unit 107 controls the driving of the lens 101 based on the in-focus determination result from the phase difference detection unit 106.
이상의 처리에 의하면, 위상차 검출에, 2화소 각각의 포토 다이오드(122)의 출력에 더하여, 각각의 유기 광전 변환막(125)의 출력을 이용할 수 있기 때문에, 위상차 검출에 이용하는 신호량을 늘릴 수 있다. 이에 의해, 저조도 환경하에서도 SNR을 충분 얻을 수 있고, 정확하게 위상차 검출을 행할 수가 있고, 결과로서, 핀트가 벗어나지 않은, 보다 좋은 화상을 얻는 것이 가능해진다.According to the above processing, in addition to the output of each photodiode 122 of each of the two pixels, the output of each organic photoelectric conversion film 125 can be used for phase difference detection, so the amount of signal used for phase difference detection can be increased. . As a result, sufficient SNR can be obtained even in a low-light environment, phase difference detection can be performed accurately, and as a result, it is possible to obtain a better image that is not out of focus.
[촬상 처리에 관해][About image capture processing]
다음에, 도 6의 플로 차트를 참조하여, 촬상 장치(100)에 의한 촬상 처리에 관해 설명한다.Next, with reference to the flow chart in FIG. 6, imaging processing by the imaging device 100 will be described.
여기서, 도 6의 플로 차트의 스텝 S201 내지 S203의 처리는, 도 5의 플로 차트의 스텝 S101 내지 S103의 처리와 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 생략한다. 또한, 스텝 S203에서는, 클램프부(105)에 의해, 흑레벨이 감산된 전(全) 화소분의 화상 데이터(화소치)가 결함 보정부(108)에 공급된다.Here, since the processing of steps S201 to S203 in the flowchart of FIG. 6 is the same as the processing of steps S101 to S103 in the flowchart of FIG. 5, the description thereof is omitted. Additionally, in step S203, image data (pixel values) for all pixels from which the black level has been subtracted is supplied to the defect correction unit 108 by the clamp unit 105.
스텝 S204에서, 결함 보정부(108)는, 클램프부(105)로부터의 화상 데이터에 의거하여, 올바른 화소치를 얻을 수 없는 결함 화소, 즉 위상차 검출 화소에 관해, 그 화소치의 보정(결함 보정)을 행한다.In step S204, the defect correction unit 108 performs correction (defect correction) of the pixel value of a defective pixel for which a correct pixel value cannot be obtained, that is, a phase difference detection pixel, based on the image data from the clamp unit 105. do it
종래의 위상차 검출 화소에서는, 그 출력(화소치)으로서, 차광된 포토 다이오드(122)의 출력밖에 얻어지지 않았기 때문에, 그 결함 보정의 수법으로서, 도 7에 도시되는 바와 같이, 보정 대상의 위상차 검출 화소(P) 주변의 같은 색 화소의 출력에 의거하여, 위상차 검출 화소(P)의 출력을 치환하는 것 등이 행하여지고 있다.In the conventional phase difference detection pixel, only the output of the light-shielded photodiode 122 can be obtained as the output (pixel value), so as a method of correcting the defect, as shown in FIG. 7, phase difference detection of the correction target is performed. The output of the phase difference detection pixel P is replaced based on the output of pixels of the same color surrounding the pixel P, etc.
그러나, 상술한 수법에서는, 보정 대상의 화소치를, 그 주변의 화소의 출력에 의거한 값으로 치환함에 의해, 원래의 위상차 검출 화소(P)의 화소치는 완전히 무시되어 있다. 이것은, 해상도의 저하와 등가이고, 화상의 화질 열화를 초래할 우려가 있다.However, in the above-described method, the original pixel value of the phase difference detection pixel P is completely ignored by replacing the pixel value to be corrected with a value based on the output of the surrounding pixel. This is equivalent to a decrease in resolution, and may result in deterioration of image quality.
한편, 본 기술의 위상차 검출 화소에서는, 그 출력(화소치)으로서, 차광된 포토 다이오드(122)의 출력에 더하여, 유기 광전 변환막(125)의 출력을 얻을 수 있다. 그래서, 그 유기 광전 변환막(125)의 출력을 이용하여, 차광된 광에 대응한 출력을 추정함으로써, 결함 보정 후의 위상차 검출 화소(P1)의 화소치(P1_Out)를, 예를 들면 이하의 식(8)에 의해 구한다.On the other hand, in the phase difference detection pixel of the present technology, the output of the organic photoelectric conversion film 125 can be obtained as the output (pixel value) in addition to the output of the light-shielded photodiode 122. Therefore, by using the output of the organic photoelectric conversion film 125 to estimate the output corresponding to the blocked light, the pixel value P1_Out of the phase difference detection pixel P1 after defect correction is calculated, for example, by the following equation. Obtained by (8).
[수식 8][Formula 8]
또한, 식(8)에서, α, β는, 포토 다이오드(122)와 유기 광전 변환막(125)과의 감도의 차에 응하여 결정되는 계수이다.Additionally, in equation (8), α and β are coefficients determined according to the difference in sensitivity between the photodiode 122 and the organic photoelectric conversion film 125.
식(8)에 의하면, 보정 대상의 화소치로서, 원래의 위상차 검출 화소(P1)의 화소치를 이용할 수 있기 때문에, 해상도의 저하를 억제할 수 있고, 화상의 고화질화를 도모하는 것이 가능해진다.According to equation (8), since the pixel value of the original phase difference detection pixel P1 can be used as the pixel value to be corrected, a decrease in resolution can be suppressed, and it becomes possible to achieve higher image quality.
또한, 결함 보정 후의 위상차 검출 화소의 화소치는, 상술한 식(8)에 의해 구하여지는 것으로 한하지 않고, 다른 연산을 적용하여 구하여지는 것이라도 좋다.In addition, the pixel value of the phase difference detection pixel after defect correction is not limited to being obtained by the above-mentioned equation (8), and may be obtained by applying another calculation.
이와 같이 하여 결함 화소의 보정이 행하여진 화상 데이터는 디모자이크부(109)에 공급된다.Image data for which defective pixels have been corrected in this way is supplied to the demosaicing unit 109.
스텝 S205에서, 디모자이크부(109)는, 디모자이크 처리를 행하여, RAW 데이터를 RGB 데이터로 변환하고, LM/WB/감마 보정부(110)에 공급한다.In step S205, the demosaicing unit 109 performs demosaicing processing to convert RAW data into RGB data and supplies it to the LM/WB/gamma correction unit 110.
스텝 S206에서, LM/WB/감마 보정부(110)는, 디모자이크부(109)로부터의 RGB 데이터에 대해, 색 보정, 화이트 밸런스의 조정, 및 감마 보정을 행하여, 휘도 크로마 신호 생성부(111)에 공급한다.In step S206, the LM/WB/gamma correction unit 110 performs color correction, white balance adjustment, and gamma correction on the RGB data from the demosaicing unit 109, and produces a luminance chroma signal generation unit 111. ) is supplied to.
스텝 S207에서, 휘도 크로마 신호 생성부(111)는, RGB 데이터로부터 휘도 신호 및 색차 신호(YCrCb 데이터)를 생성한다.In step S207, the luminance chroma signal generating unit 111 generates a luminance signal and a color difference signal (YCrCb data) from RGB data.
그리고, 스텝 S208에서, I/F부(112)는, 휘도 크로마 신호 생성부(111)에 의해 생성된 휘도 신호 및 색차 신호를 외부의 기록 디바이스나 표시 디바이스에 출력하고, 촬상 처리를 종료한다.Then, in step S208, the I/F unit 112 outputs the luminance signal and the chrominance signal generated by the luminance chroma signal generation unit 111 to an external recording device or display device, and ends the imaging process.
이상의 처리에 의하면, 위상차 검출 화소의 결함 보정에서, 차광된 광에 대응하는 출력을 추정하여, 원래의 위상차 검출 화소의 화소치를 이용할 수 있기 때문에, 해상도의 저하를 억제할 수 있고, 화상의 고화질화를 도모하고, 보다 좋은 화상을 얻는 것이 가능해진다.According to the above processing, in correcting defects of the phase difference detection pixel, the output corresponding to the blocked light can be estimated and the pixel value of the original phase difference detection pixel can be used, thereby suppressing the decrease in resolution and improving the image quality. This makes it possible to obtain better images.
그런데, 도 3에 도시되는 위상차 검출 화소에서, 유기 광전 변환막(125)에 의해 광전 변환된 파장(컬러 필터(124)의 투과 파장)의 광의 감쇠율이 충분한 경우, 도 8에 도시되는 바와 같이, 차광막(123) 중, 포토 다이오드(122)의 반분을 차광하는 부분을 생략하여도 좋다.However, in the phase detection pixel shown in FIG. 3, when the attenuation rate of light of the wavelength photoelectrically converted by the organic photoelectric conversion film 125 (transmission wavelength of the color filter 124) is sufficient, as shown in FIG. 8, Of the light-shielding film 123, the part that blocks half of the photodiode 122 may be omitted.
이와 같은 구조에 의하면, 차광막(123)에 반사한 광에 의한 난반사를 억제할 수 있고, 플레어나 인접 화소에의 혼색의 발생을 막을 수 있다. 또한, 차광막(123)을 전혀 마련하지 않도록 한 경우에는, 제조 공정을 삭감할 수 있다.According to this structure, diffuse reflection due to light reflected by the light shielding film 123 can be suppressed, and occurrence of flare or color mixing in adjacent pixels can be prevented. Additionally, if the light-shielding film 123 is not provided at all, the manufacturing process can be reduced.
또한, 유기 광전 변환막(125)은, 차광막(123)이나 컬러 필터(124)보다 하층에 마련되도록 하여도 좋다.Additionally, the organic photoelectric conversion film 125 may be provided lower than the light-shielding film 123 or the color filter 124.
또한, 이상에서는, 위상차 검출 화소에서의 광전 변환층(포토 다이오드(122) 및 유기 광전 변환막(125))끼리의 차분을 이용하여 위상차 검출이 행하여지는 것으로 하였지만, 위상차 검출 화소에서의 광전 변환층의 출력과, 위상차 검출 화소의 주변에 배치되어 있는 촬상 화소의 출력의 차분을 이용하여 위상차 검출이 행하여지도록 하여도 좋다.In addition, in the above, it is assumed that phase difference detection is performed using the difference between the photoelectric conversion layers (photodiode 122 and organic photoelectric conversion film 125) in the phase difference detection pixel, but the photoelectric conversion layer in the phase difference detection pixel Phase difference detection may be performed using the difference between the output of and the output of the imaging pixels arranged around the phase difference detection pixel.
[위상차 검출 화소의 다른 구조례][Other structural examples of phase detection pixels]
도 9는, 본 기술의 위상차 검출 화소의 다른 구조례를 도시하는 단면도이다.Fig. 9 is a cross-sectional view showing another structural example of a phase difference detection pixel of the present technology.
도 9의 단면도에서, 도 3의 단면도와 다른 것은, 위상차 검출 화소(P1, P4)의 사이에, 촬상 화소(P2, P3)가 배치되어 있는 점과, 컬러 필터(124)가, 차광막(123)과 동일층이 아니라, 유기 광전 변환막(125)의 상층에 형성되어 있는 점이다.The cross-sectional view of FIG. 9 is different from the cross-sectional view of FIG. 3 in that the imaging pixels P2 and P3 are arranged between the phase difference detection pixels P1 and P4, and the color filter 124 is positioned between the light-shielding film 123. ), but is formed on the upper layer of the organic photoelectric conversion film 125.
촬상 소자(103)가, 도 9에 도시되는 구조의 화소를 갖는 경우, 위상차 검출 처리는, 위상차 검출 화소의 출력과, 인접하는 촬상 화소의 출력을 이용하여 행하여진다.When the imaging element 103 has a pixel with the structure shown in FIG. 9, phase difference detection processing is performed using the output of the phase difference detection pixel and the output of the adjacent imaging pixel.
구체적으로는, 이하의 식(9) 내지 (11)에 의해, 위상차 검출 화소(P1, P4)의 유기 광전 변환막(125)의 출력의 차분(Phase_Diff_A), 촬상 화소(P2)와 위상차 검출 화소(P1)의 포토 다이오드(122)의 출력의 차분(Phase_Diff_B), 및, 촬상 화소(P3)와 위상차 검출 화소(P4)의 포토 다이오드(122)의 출력의 차분(Phase_Diff_C)을 구하고, 각각에 대해 소정의 연산을 행함에 의해, 최종적인 위상차가 구하여진다.Specifically, by the following equations (9) to (11), the difference (Phase_Diff_A) of the output of the organic photoelectric conversion film 125 of the phase difference detection pixels P1 and P4, the imaging pixel P2 and the phase difference detection pixel The difference (Phase_Diff_B) of the output of the photodiode 122 of (P1) and the difference (Phase_Diff_C) of the output of the photodiode 122 of the imaging pixel (P3) and the phase difference detection pixel (P4) are obtained, and for each By performing a predetermined calculation, the final phase difference is obtained.
[수식 9][Formula 9]
[수식 10][Formula 10]
[수식 11][Formula 11]
또한, 식(10)에서의 α, 및 식(11)에서의 β는, 위상차 검출 화소(P1, P4)에서 차광막(123)에 의한 차광에 의해 저하된 감도에 응하여 결정되는 계수이다.In addition, α in Equation (10) and β in Equation (11) are coefficients determined in response to the sensitivity lowered by the light blocking by the light shielding film 123 in the phase difference detection pixels P1 and P4.
이와 같이, 위상차 검출 처리에서는, 위상차 검출 화소끼리의 출력의 차분만이 아니리, 위상차 검출 화소에서의 광전 변환층의 출력과, 위상차 검출 화소의 주변에 배치되어 있는 촬상 화소의 출력의 차분을 이용할 수 있다.In this way, in the phase difference detection process, not only the difference between the outputs of the phase difference detection pixels, but also the difference between the output of the photoelectric conversion layer in the phase difference detection pixel and the output of the imaging pixels arranged around the phase difference detection pixel can be used. there is.
[위상차 검출 화소의 또 다른 구조례][Another structural example of a phase detection pixel]
도 10은, 본 기술의 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도이다.Fig. 10 is a cross-sectional view showing another structural example of a phase difference detection pixel of the present technology.
도 10에 도시되는 위상차 검출 화소에서는, 반도체 기판(121)에 광전 변환부로서의 포토 다이오드(131-1 내지 131-4)가 형성되어 있다. 반도체 기판(121)의 상층에는, 유기 광전 변환막(132-1, 132-2)이 형성되어 있다. 또한, 유기 광전 변환막(132-1, 132-2)의 위에는, 온 칩 렌즈(126)가 형성되어 있다.In the phase detection pixel shown in FIG. 10, photodiodes 131-1 to 131-4 as photoelectric conversion units are formed on the semiconductor substrate 121. Organic photoelectric conversion films 132-1 and 132-2 are formed on the upper layer of the semiconductor substrate 121. Additionally, an on-chip lens 126 is formed on the organic photoelectric conversion films 132-1 and 132-2.
도 10에 도시되는 각각의 위상차 검출 화소는, 하나의 온 칩 렌즈(126)와, 그 온 칩 렌즈(126)보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층, 구체적으로는, 상층부터 유기 광전 변환막(132-1, 132-2), 포토 다이오드(131-1 내지 131-4)를 구비하고 있다. 유기 광전 변환막(132-1, 132-2)은, 수광면에 대해 분할되어 형성되어 있다(이하, 분할 형성되어 있다고 한다). 또한, 포토 다이오드(131-1 내지 131-4)는, 단면 높이 방향으로 2층으로 형성되고, 또한, 각각의 층에서 분할 형성되어 있다.Each phase detection pixel shown in FIG. 10 includes one on-chip lens 126 and a plurality of photoelectric conversion layers formed lower than the on-chip lens 126, specifically, an organic photoelectric conversion film (from the upper layer) 132-1, 132-2) and photodiodes (131-1 to 131-4). The organic photoelectric conversion films 132-1 and 132-2 are formed dividedly with respect to the light-receiving surface (hereinafter referred to as dividedly formed). Additionally, the photodiodes 131-1 to 131-4 are formed in two layers in the cross-sectional height direction, and are formed separately in each layer.
또한, 단면(斷面) 높이 방향으로 복수의 포토 다이오드를 형성하는 수법은, 예를 들면 특개2011-29337호 공보나, 특개2011-40518호 공보 등에 개시되어 있다.Additionally, a method of forming a plurality of photodiodes in the cross-sectional height direction is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-29337 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-40518.
도 10에 도시되는 위상차 검출 화소에서는, 각각의 광전 변환층, 즉, 가장 상층의 유기 광전 변환막(132-1, 132-2), 위부터 2번째 층의 포토 다이오드(131-1, 131-2), 위부터 3번째 층의 포토 다이오드(131-3, 131-4)는, 각각 다른 파장의 광을 광전 변환한다. 예를 들면, 유기 광전 변환막(132-1, 132-2)은 녹색의 광을 광전 변환하고, 포토 다이오드(131-1, 131-2)는 청색의 광을 광전 변환하고, 포토 다이오드(131-3, 131-4)는 적색의 광을 광전 변환한다.In the phase detection pixel shown in FIG. 10, each photoelectric conversion layer, that is, the uppermost organic photoelectric conversion film 132-1 and 132-2, and the photodiode 131-1 and 131- in the second layer from the top. 2) The photodiodes 131-3 and 131-4 in the third layer from the top photoelectrically convert light of different wavelengths. For example, the organic photoelectric conversion films 132-1 and 132-2 photoelectrically convert green light, the photodiodes 131-1 and 131-2 photoelectrically convert blue light, and the photodiode 131 -3, 131-4) converts red light into photoelectricity.
여기서, 하나의 위상차 검출 화소에서, 도면 중 좌측에 형성되어 있는 포토 다이오드(131-1, 131-3) 및 유기 광전 변환막(132-1)를 유닛(1)으로 하고, 도면 중 우측에 형성되어 있는 포토 다이오드(131-2, 131-4) 및 유기 광전 변환막(132-2)을 유닛(2)으로 한다.Here, in one phase detection pixel, the photodiodes 131-1 and 131-3 and the organic photoelectric conversion film 132-1 formed on the left side of the figure are referred to as unit 1, and the unit 1 is formed on the right side of the figure. The photodiodes 131-2 and 131-4 and the organic photoelectric conversion film 132-2 are referred to as unit 2.
촬상 소자(103)가, 도 10에 도시되는 구조의 위상차 검출 화소를 갖는 경우, 위상차 검출 처리는, 유닛(1)의 출력과 유닛(2)의 출력의 차분을 이용하여 행하여진다.When the imaging element 103 has a phase difference detection pixel with the structure shown in FIG. 10, phase difference detection processing is performed using the difference between the output of unit 1 and the output of unit 2.
구체적으로는, 도 10의 위상차 검출 화소에서의 포토 다이오드(131-1 내지 131-4)의 출력을 각각 PhotoDiode1 내지 PhotoDiode4, 유기 광전 변환막(132-1, 132-2)의 출력을 각각 Organic1, Organic2라고 하면, 검출되는 위상차(Phase_Diff)는, 예를 들면 이하의 식(12), (13), (14), (15)에 의해 구하여진다.Specifically, the outputs of the photodiodes 131-1 to 131-4 in the phase detection pixel of FIG. 10 are PhotoDiode1 to PhotoDiode4, and the outputs of the organic photoelectric conversion films 132-1 and 132-2 are Organic1 and Organic1, respectively. Assuming Organic2, the detected phase difference (Phase_Diff) is obtained, for example, by the following equations (12), (13), (14), and (15).
[수식 12][Formula 12]
[수식 13][Formula 13]
[수식 14][Formula 14]
[수식 15][Formula 15]
또한, 이하의 식(16), (17), (18)에 의해, 포토 다이오드(131-1, 131-2)의 출력의 차분(Phase_Diff_A), 포토 다이오드(131-3, 131-4)의 출력의 차분(Phase_Diff_B), 및, 유기 광전 변환막(132-1, 132-2)의 출력의 차분(Phase_Diff_C)을 구하고, 각각이 확실다움을 판별하는 등 하여, Phase_Diff_A, Phase_Diff_B, Phase_Diff_C의 어느 하나를 위상차로 하도록 하여도 좋다.In addition, by the following equations (16), (17), and (18), the difference (Phase_Diff_A) of the outputs of the photodiodes 131-1 and 131-2 and the outputs of the photodiodes 131-3 and 131-4 The difference in output (Phase_Diff_B) and the difference in output of the organic photoelectric conversion films 132-1 and 132-2 (Phase_Diff_C) are obtained, and the authenticity of each is determined, so as to obtain any one of Phase_Diff_A, Phase_Diff_B, and Phase_Diff_C. You may use it as a phase difference.
[수식 16][Formula 16]
[수식 17][Formula 17]
[수식 18][Formula 18]
또한, Phase_Diff_A, Phase_Diff_B, Phase_Diff_C는 각각, 각 색 성분에 관한 위상차이기 때문에, 광원 환경이나 피사체의 색을 판별하여, Phase_Diff_A, Phase_Diff_B, Phase_Diff_C의 어느 하나를 위상차로 하도록 하여도 좋다.Additionally, since Phase_Diff_A, Phase_Diff_B, and Phase_Diff_C are phase differences for each color component, the color of the light source environment or subject may be determined, and any one of Phase_Diff_A, Phase_Diff_B, and Phase_Diff_C may be used as the phase difference.
또한, 상술한 확실다움, 광원 환경, 피사체의 색의 적어도 어느 하나 또는 전부를 이용하여, Phase_Diff_A, Phase_Diff_B, Phase_Diff_C에 대한 무게 부여를 행하여, 최종적인 위상차를 구하도록 하여도 좋다.Additionally, using at least one or all of the above-described certainty, light source environment, and subject color, weight may be given to Phase_Diff_A, Phase_Diff_B, and Phase_Diff_C to obtain the final phase difference.
또한, 상술한 식(12) 내지 (18)에서, PhotoDiode1 내지 PhotoDiode4 및 Organic1, Organic2는, 위상차 검출 화소의 포토 다이오드(131-1 내지 131-4) 및 유기 광전 변환막(132-1, 132-2)의 출력의 값 그 자체로 하였지만, 각각의 출력에 소정의 계수를 이용하여 게인을 부여한 값으로 하여도 좋다.In addition, in the above-mentioned equations (12) to (18), PhotoDiode1 to PhotoDiode4 and Organic1 and Organic2 are the photodiodes 131-1 to 131-4 of the phase detection pixel and the organic photoelectric conversion films 132-1 and 132- Although the output value in 2) is set as itself, it can also be set as a value with gain given to each output using a predetermined coefficient.
도 10에 도시되는 위상차 검출 화소의 구조에 의하면, 복수의 광전 변환층끼리의 출력의 차분을 이용하여 위상차 검출을 할 수가 있고, 또한, 차광막이나 컬러 필터를 마련하지 않음으로써, 광학적인 로스를 극히 적게 할 수 있다. 이에 의해, 저조도 환경하에서도 SNR을 충분 얻을 수 있고, 정확하게 위상차 검출을 행할 수가 있도록 된다.According to the structure of the phase difference detection pixel shown in FIG. 10, phase difference detection can be performed using the difference in output between a plurality of photoelectric conversion layers, and by not providing a light shielding film or color filter, optical loss is minimized. You can do less. As a result, sufficient SNR can be obtained even in a low-light environment, and phase difference detection can be performed accurately.
또한, 도 10에 도시되는 위상차 검출 화소에서, 단면 높이 방향으로 제조상의 편차가 발생한 경우, 복수의 광전 변환층의 어느 하나(예를 들면, 포토 다이오드(131-1, 131-2))의 출력이 불확실하게 되어도, 다른 광전 변환층의 출력을 이용할 수 있기 때문에, 제조상의 편차에 대한 로버스트성을 확보하는 것도 가능하다.In addition, in the phase detection pixel shown in FIG. 10, when manufacturing deviation occurs in the cross-sectional height direction, the output of any one of the plurality of photoelectric conversion layers (for example, photodiodes 131-1 and 131-2) Even if this becomes uncertain, since the output of a different photoelectric conversion layer can be used, it is also possible to ensure robustness against variations in manufacturing.
또한, 도 10에 도시되는 위상차 검출 화소에서, 유기 광전 변환막은 분할 형성된 것으로 하였지만, 도 11에 도시되는 바와 같이, 분할 형성되지 않은 유기 광전 변환막(141)을 이용하도록 하여도 좋다.In addition, in the phase detection pixel shown in FIG. 10, the organic photoelectric conversion film is formed separately. However, as shown in FIG. 11, the organic photoelectric conversion film 141 that is not formed separately may be used.
또한, 도 11에 도시되는 구조에서, 유기 광전 변환막(141)의 분광 특성이 불충분한 경우에는, 도 12에 도시되는 바와 같이, 유기 광전 변환막(141)의 하층에 컬러 필터(142)를 마련하도록 하여도 좋다. 또한, 도 13에 도시되는 바와 같이, 유기 광전 변환막(141)에 대신하여 컬러 필터(142)를 마련하도록 하여도 좋다.In addition, in the structure shown in FIG. 11, when the spectral characteristics of the organic photoelectric conversion film 141 are insufficient, a color filter 142 is provided in the lower layer of the organic photoelectric conversion film 141, as shown in FIG. 12. It is okay to have it prepared. Additionally, as shown in FIG. 13, a color filter 142 may be provided instead of the organic photoelectric conversion film 141.
이상과 같은 경우, 위상차 검출 처리는, 포토 다이오드(131-1, 131-3)로 이루어지는 유닛(1)의 출력과, 포토 다이오드(131-2, 131-4)로 이루어지는 유닛(2)의 출력의 차분을 이용하여 행하여진다.In the above case, the phase difference detection processing is the output of unit 1 made of photodiodes 131-1 and 131-3, and the output of unit 2 made of photodiodes 131-2 and 131-4. This is done using the difference between .
또한, 상술한 위상차 검출 화소에서의 유닛(1)과 유닛(2)의 출력끼리를 합산한 결과는, 통상의 촬상 화소의 출력과 동등하다. 즉, 도 10 내지 도 13에 도시되는 화소 구조는, 촬상 화소에도 적용할 수 있다. 따라서 촬상 소자(103)에서의 전 화소에, 도 10 내지 도 13에 도시되는 화소 구조를 적용하도록 하여도 좋다.Additionally, the result of adding up the outputs of unit 1 and unit 2 in the above-described phase difference detection pixel is equivalent to the output of a normal imaging pixel. That is, the pixel structures shown in FIGS. 10 to 13 can also be applied to imaging pixels. Therefore, the pixel structure shown in FIGS. 10 to 13 may be applied to all pixels in the imaging device 103.
[위상차 검출 화소의 또 다른 구조례][Another structural example of a phase detection pixel]
도 14는, 본 기술의 위상차 검출 화소의 또 다른 구조례를 도시하는 단면도이다.Fig. 14 is a cross-sectional view showing another structural example of a phase difference detection pixel of the present technology.
도 14에 도시되는 위상차 검출 화소에서는, 반도체 기판(121)의 상층에 유기 광전 변환막(151-1, 151-2)이 형성되고, 그 상층에 유기 광전 변환막(152-1, 152-2)이 형성되고, 또한 그 상층에 유기 광전 변환막(153-1, 153-2)이 형성되어 있다. 또한, 유기 광전 변환막(153-1, 153-2)의 위에는, 온 칩 렌즈(126)가 형성되어 있다.In the phase detection pixel shown in FIG. 14, organic photoelectric conversion films 151-1 and 151-2 are formed on the upper layer of the semiconductor substrate 121, and organic photoelectric conversion films 152-1 and 152-2 are formed on the upper layer. ) is formed, and organic photoelectric conversion films 153-1 and 153-2 are formed on the upper layer. Additionally, an on-chip lens 126 is formed on the organic photoelectric conversion films 153-1 and 153-2.
도 14에 도시되는 각각의 위상차 검출 화소는, 하나의 온 칩 렌즈(126)와, 그 온 칩 렌즈(126)보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층, 구체적으로는, 상층부터 유기 광전 변환막(153-1, 153-2), 유기 광전 변환막(152-1, 152-2), 유기 광전 변환막(151-1, 151-2)을 구비하고 있다. 유기 광전 변환막(153-1, 153-2), 유기 광전 변환막(152-1, 152-2), 유기 광전 변환막(151-1, 151-2)은 각각, 수광면에 대해 분할 형성되어 있다.Each phase detection pixel shown in FIG. 14 includes one on-chip lens 126 and a plurality of photoelectric conversion layers formed lower than the on-chip lens 126, specifically, an organic photoelectric conversion film (from the upper layer) 153-1, 153-2), organic photoelectric conversion films 152-1, 152-2, and organic photoelectric conversion films 151-1, 151-2. The organic photoelectric conversion films 153-1 and 153-2, the organic photoelectric conversion films 152-1 and 152-2, and the organic photoelectric conversion films 151-1 and 151-2 are respectively formed in segments with respect to the light receiving surface. It is done.
도 14에 도시되는 위상차 검출 화소에서는, 각각의 광전 변환층, 즉, 가장 상층의 유기 광전 변환막(153-1, 153-2), 위부터 2번째 층의 유기 광전 변환막(152-1, 152-2), 위부터 3번째 층의 유기 광전 변환막(151-1, 151-2)은, 각각 다른 파장의 광을 광전 변환한다. 예를 들면, 유기 광전 변환막(153-1, 153-2)은 녹색의 광을 광전 변환하고, 유기 광전 변환막(152-1, 152-2)은 청색의 광을 광전 변환하고, 유기 광전 변환막(151-1, 151-2)은 적색의 광을 광전 변환한다.In the phase detection pixel shown in FIG. 14, each photoelectric conversion layer, that is, the uppermost organic photoelectric conversion films 153-1 and 153-2, the second layer from the top, the organic photoelectric conversion films 152-1, 152-2), the organic photoelectric conversion films 151-1 and 151-2 in the third layer from the top photoelectrically convert light of different wavelengths. For example, the organic photoelectric conversion films 153-1 and 153-2 photoelectrically convert green light, and the organic photoelectric conversion films 152-1 and 152-2 photoelectrically convert blue light, and the organic photoelectric conversion films 152-1 and 152-2 photoelectrically convert blue light. The conversion films 151-1 and 151-2 convert red light into photoelectricity.
촬상 소자(103)가, 도 14에 도시되는 구조의 위상차 검출 화소를 갖는 경우라도, 도 10에 도시되는 구조의 위상차 검출 화소와 마찬가지로 하여, 위상차 검출 처리가 행하여진다.Even when the imaging element 103 has a phase difference detection pixel with the structure shown in FIG. 14, phase difference detection processing is performed similarly to the phase difference detection pixel with the structure shown in FIG. 10.
또한, 도 14에 도시되는 위상차 검출 화소에서, 유기 광전 변환막은 3층 모두 분할 형성된 것으로 하였지만, 도 15에 도시되는 바와 같이, 가장 상층의 유기 광전 변환막(153-1, 153-2)만 분할 형성되도록 하고, 유기 광전 변환막(153-1, 153-2)의 하층에 차광막(161)을 마련하여, 그보다 하층의 유기 광전 변환막(151, 152)에 입사되는 광이 부분 차광되도록 하여도 좋다.In addition, in the phase detection pixel shown in FIG. 14, the organic photoelectric conversion film is formed by dividing all three layers, but as shown in FIG. 15, only the uppermost organic photoelectric conversion films 153-1 and 153-2 are divided. Even if the light-shielding film 161 is provided on the lower layer of the organic photoelectric conversion films 153-1 and 153-2, the light incident on the organic photoelectric conversion films 151 and 152 on the lower layer is partially blocked. good night.
또한, 도 16에 도시되는 바와 같이, 도 15에 도시되는 위상차 검출 화소에서의 가장 하층의 유기 광전 변환막(151)에 대신하여, 반도체 기판(121)에 형성된 포토 다이오드(171)를 마련하도록 하여도 좋다.In addition, as shown in FIG. 16, a photodiode 171 formed on the semiconductor substrate 121 is provided in place of the lowest layer organic photoelectric conversion film 151 in the phase difference detection pixel shown in FIG. 15. It's also good.
<2. 제2의 실시의 형태><2. Second embodiment>
[촬상 장치의 구성][Configuration of imaging device]
도 17은, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다.Fig. 17 is a block diagram showing a configuration example of an imaging device according to the second embodiment of the present technology.
도 17에 도시되는 촬상 장치(300)는, 렌즈(101), 광학 필터(102), 촬상 소자(301), A/D 변환부(104), 클램프부(105), 혼색 감산부(302), 디모자이크부(109), LM/WB/감마 보정부(110), 휘도 크로마 신호 생성부(111), 및 I/F부(112)로 구성된다.The imaging device 300 shown in FIG. 17 includes a lens 101, an optical filter 102, an imaging element 301, an A/D conversion unit 104, a clamp unit 105, and a color mixing subtraction unit 302. , it consists of a demosaicing unit 109, an LM/WB/gamma correction unit 110, a luminance chroma signal generation unit 111, and an I/F unit 112.
또한, 도 17의 촬상 장치(300)에서, 도 1의 촬상 장치(100)에 마련된 것과 같은 기능을 구비하는 구성에 관해서는, 동일 명칭 및 동일 부호를 붙이는 것으로 하고, 그 설명은, 적절히 생략하는 것으로 한다.In addition, in the imaging device 300 of FIG. 17, configurations having the same functions as those provided in the imaging device 100 of FIG. 1 will be given the same names and reference numerals, and their descriptions will be appropriately omitted. Let's do it.
촬상 소자(301)에는, 도 1의 촬상 장치(100)에 마련된 촬상 소자(103)와 달리. 위상차 검출 화소는 배치되지 않고, 촬상 화소만이 배치된다. 즉, 촬상 장치(300)는, 위상차 AF 처리는 행하지 않고 촬영 처리를 행한다.The imaging element 301 is different from the imaging element 103 provided in the imaging device 100 of FIG. 1 . Phase difference detection pixels are not arranged, but only imaging pixels are arranged. That is, the imaging device 300 performs imaging processing without performing phase difference AF processing.
혼색 감산부(302)는, 클램프부(105)로부터의 화상 데이터로부터, 주변의 화소의 필터를 투과하는 광성분인 혼색 성분을 감산한다. 혼색 감산부(302)는, 혼색 성분을 감산한 화상 데이터를 디모자이크부(109)에 공급한다.The color mixture subtraction unit 302 subtracts the color mixture component, which is the light component that passes through the filter of the surrounding pixel, from the image data from the clamp unit 105. The color mixture subtraction unit 302 supplies image data from which the color mixture components have been subtracted to the demosaicing unit 109.
[촬상 화소의 구조례][Structure example of imaging pixel]
도 18은, 본 기술의 촬상 화소의 구조례를 도시하는 단면도이다.Fig. 18 is a cross-sectional view showing a structural example of an imaging pixel of the present technology.
도 18에 도시되는 촬상 화소에서는, 반도체 기판(321)에 광전 변환부로서의 포토 다이오드(322)가 형성되어 있다. 반도체 기판(321)의 상층에는, 차광막(323)과 컬러 필터(324)가 동일층에 형성되어 있고, 그들의 상층, 구체적으로는 차광막(323)의 바로 위에는, 유기 광전 변환막(325)이 형성되어 있다. 또한, 유기 광전 변환막(325)의 위에는, 온 칩 렌즈(326)가 형성되어 있다.In the imaging pixel shown in FIG. 18, a photodiode 322 as a photoelectric conversion unit is formed on the semiconductor substrate 321. On the upper layer of the semiconductor substrate 321, a light-shielding film 323 and a color filter 324 are formed in the same layer, and an organic photoelectric conversion film 325 is formed on their upper layer, specifically, directly above the light-shielding film 323. It is done. Additionally, an on-chip lens 326 is formed on the organic photoelectric conversion film 325.
도 18에 도시되는 각각의 촬상 화소는, 하나의 온 칩 렌즈(326)와, 그 온 칩 렌즈(326)보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층, 구체적으로는, 상층부터 유기 광전 변환막(325), 포토 다이오드(322)를 구비하고 있다. 유기 광전 변환막(325)은, 수광면에 대해 부분 형성되어 있다. 구체적으로는, 유기 광전 변환막(325)은, 도 19에 도시되는 바와 같이, 인접하는 촬상 화소와의 경계 부분에 형성되어 있다. 또한, 포토 다이오드(322)는, 차광막(323)에 의해 인접하는 촬상 화소와의 경계 부분이 부분 차광되어 있다.Each imaging pixel shown in FIG. 18 includes one on-chip lens 326 and a plurality of photoelectric conversion layers formed lower than the on-chip lens 326, specifically, an organic photoelectric conversion film 325 from the upper layer. ), and is provided with a photodiode 322. The organic photoelectric conversion film 325 is partially formed on the light-receiving surface. Specifically, the organic photoelectric conversion film 325 is formed at a boundary portion with an adjacent imaging pixel, as shown in FIG. 19 . Additionally, the boundary portion of the photodiode 322 with the adjacent imaging pixel is partially shielded from light by the light shielding film 323.
다음에, 도 20을 참조하여, 종래의 촬상 화소와 본 기술의 촬상 화소와의 구조를 비교한다.Next, with reference to FIG. 20, the structures of the conventional imaging pixel and the imaging pixel of the present technology are compared.
도 20 좌측에 도시되는 종래의 촬상 화소에서, 도 20 우측에 도시되는 본 기술의 촬상 화소와 다른 것은, 유기 광전 변환막(325)이 마련되지 않은 점이다.The conventional imaging pixel shown on the left side of FIG. 20 differs from the imaging pixel of the present technology shown on the right side of FIG. 20 in that the organic photoelectric conversion film 325 is not provided.
종래의 촬상 화소의 구조에 의하면, 좌측의 화소의 온 칩 렌즈(326)를 투과한 입사광(L)이 우측의 화소의 포토 다이오드(322)에 입사한 경우, 그 광량이 어느 정도인지를 검출할 수가 없기 때문에, 우측의 화소의 출력에 대한 혼색 성분의 보정은 곤란하였다. 결과로서, 색 재현성이나 SNR에 대해 악영향을 미칠 우려가 있다.According to the structure of a conventional imaging pixel, when the incident light (L) passing through the on-chip lens 326 of the left pixel enters the photodiode 322 of the right pixel, it is possible to detect the amount of light. Because there were no numbers, it was difficult to correct the color mixture component for the output of the pixel on the right. As a result, there is a risk of adverse effects on color reproducibility and SNR.
한편, 본 기술의 촬상 화소의 구조에 의하면, 좌측의 화소의 온 칩 렌즈(326)를 투과한 입사광(L)이 우측의 화소의 포토 다이오드(322)에 입사한 경우, 그 광량이 어느 정도인지를 유기 광전 변환막(325)의 출력에 의해 추정할 수 있고, 우측의 화소의 출력에 대한 혼색 성분의 보정을 행하는 것이 가능해진다.Meanwhile, according to the structure of the imaging pixel of the present technology, when the incident light L passing through the on-chip lens 326 of the left pixel enters the photodiode 322 of the right pixel, what is the amount of light? can be estimated from the output of the organic photoelectric conversion film 325, and it becomes possible to correct the color mixture component for the output of the pixel on the right.
[촬상 처리에 관해][About image capture processing]
다음에, 도 21의 플로 차트를 참조하여, 촬상 장치(300)에 의한 촬상 처리에 관해 설명한다.Next, with reference to the flow chart in FIG. 21, imaging processing by the imaging device 300 will be described.
또한, 도 21의 플로 차트의 스텝 S301 내지 S303, S305 내지 S308의 처리는, 도 6의 플로 차트의 스텝 S201 내지 S203, S205 내지 S208의 처리와 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 생략한다. 또한, 스텝 S203에서는, 클램프부(105)에 의해, 흑레벨이 감산된 전 화소분의 화상 데이터(화소치)가 혼색 감산부(302)에 공급된다.In addition, since the processing of steps S301 to S303 and S305 to S308 in the flowchart of FIG. 21 is the same as the processing of steps S201 to S203 and S205 to S208 of the flowchart of FIG. 6, their description is omitted. Additionally, in step S203, image data (pixel values) for all pixels from which the black level has been subtracted is supplied to the color mixture subtraction unit 302 by the clamp unit 105.
스텝 S304에서, 혼색 감산부(302)는, 혼색 감산 처리를 행하고, 클램프부(105)로부터의 화상 데이터로부터 혼색 성분을 감산하고, 디모자이크부(109)에 공급한다.In step S304, the color mixture subtraction unit 302 performs color mixture subtraction processing, subtracts the color mixture component from the image data from the clamp unit 105, and supplies it to the demosaicing unit 109.
구체적으로는, 혼색 감산부(302)는, 유기 광전 변환막(325)의 출력을 이용하여 혼색 성분을 추정함으로써, 혼색 보정 후의 촬상 화소의 화소치(P_Out)를, 이하의 식(19)에 의해 구한다.Specifically, the color mixture subtraction unit 302 estimates the color mixture component using the output of the organic photoelectric conversion film 325, and calculates the pixel value (P_Out) of the imaging pixel after color mixture correction as the following equation (19). Saved by
[수식 19][Formula 19]
식(19)에서, PhotoDiode_Out는 포토 다이오드(322)의 출력, Organic_Out는 유기 광전 변환막(325)의 출력을 나타내고 있다. 또한, α는 임의로 설정되는 계수이다. 예를 들면, 혼색 보정 대상의 화소의 배치가 화각의 단(端)에 가까운지의 여부에 응하여, α의 값이 조정되도록 하여도 좋다.In equation (19), PhotoDiode_Out represents the output of the photo diode 322, and Organic_Out represents the output of the organic photoelectric conversion film 325. Additionally, α is a coefficient that is arbitrarily set. For example, the value of α may be adjusted depending on whether the arrangement of the pixel subject to color mixing correction is close to the edge of the angle of view.
또한, 혼색 보정 후의 촬상 화소의 화소치(P_Out)는, 식(19)에 의해 구하여지는 것으로 한하지 않고, 다른 연산에 의해 구하여지는 것이라도 좋다. 예를 들면, 혼색 보정 대상이 되는 주목 화소의 색에 응한 연산을 행하도록 하거나, 유기 광전 변환막(325)의 출력 외에, 주목 화소에 인접하는 촬상 화소의 포토 다이오드(322)의 출력을 이용하여 연산을 행하도록 하여도 좋다.In addition, the pixel value (P_Out) of the imaging pixel after color mixing correction is not limited to that obtained by equation (19), and may be obtained by another calculation. For example, calculations may be performed according to the color of the pixel of interest that is subject to color mixture correction, or the output of the photo diode 322 of the imaging pixel adjacent to the pixel of interest may be used in addition to the output of the organic photoelectric conversion film 325. You may allow the calculation to be performed.
이와 같이 하여 혼색 성분이 감산된 화상 데이터는 디모자이크부(109)에 공급된다.The image data from which the color mixture components have been subtracted in this way is supplied to the demosaicing unit 109.
이상의 처리에 의하면, 촬상 화소의 혼색 보정에서, 혼색한 광에 대응하는 출력을 유기 광전 변환막(325)의 출력에 의해 추정할 수 있기 때문에, 주목 화소의 출력에 대한 혼색 성분의 보정을 행할 수가 있고, 나아가서는, 화상의 고화질화를 도모하여, 보다 좋은 화상을 얻는 것이 가능해진다.According to the above processing, in the color mixing correction of the imaging pixel, the output corresponding to the color mixed light can be estimated from the output of the organic photoelectric conversion film 325, so correction of the color mixing component for the output of the pixel of interest can be performed. Furthermore, it becomes possible to achieve higher image quality and obtain better images.
또한, 유기 광전 변환막(325)은, 촬상 화소의 경계 부분에 형성되는 것으로 하였지만, 유효 화소 영역에 관해 1장이 연속한 막으로서 형성되어도 좋고, 예를 들면 2×2화소마다 형성되어도 좋다. 또한 예를 들면, 검출된 혼색 성분의 종류에 응하여, 유기 광전 변환막(325)의 촬상 화소의 경계 부분에서의 폭이나, 유기 광전 변환막(325)이 형성되는 위치, 나아가서는 유기 광전 변환막(325)의 막종(膜種)(재료)을 변경하도록 하여도 좋다.In addition, although the organic photoelectric conversion film 325 is formed at the boundary portion of the imaging pixel, it may be formed as one continuous film in the effective pixel area, for example, it may be formed every 2x2 pixels. Additionally, for example, depending on the type of the detected color mixing component, the width at the boundary portion of the imaging pixel of the organic photoelectric conversion film 325, the position at which the organic photoelectric conversion film 325 is formed, and furthermore, the organic photoelectric conversion film 325. You may change the membrane species (material) of (325).
그런데, 종래, 촬상 장치에서는, 촬상시의 조명 환경(형광등이나 백열 전구 등의 광원)을 추정하여, 그 조명 환경에 응한 그림 만들기를 행하는 것이 행하여지고 있다. 그러나, 근래, LED(Light Emitting Diode) 광원을 위시하여, 새로운 광원이 증가하고 와 있다. 그와 같은 중에서, 베이어 배열에서 R화소, G화소, 및 B화소가 배치되어 있는 촬상 소자에서는, 3색의 색 신호밖에 얻어지지 않기 때문에, 그 광원이 무엇인지를 추정하는 것이 어렵게 되어 오고 있다.However, in conventional imaging devices, the lighting environment (light source such as a fluorescent lamp or an incandescent light bulb) at the time of imaging is estimated and an image is created according to the lighting environment. However, in recent years, new light sources have been increasing, including LED (Light Emitting Diode) light sources. Meanwhile, in an imaging device in which R pixels, G pixels, and B pixels are arranged in a Bayer array, only three color signals can be obtained, making it difficult to estimate what the light source is.
그래서, 이하에서는, 광원 추정의 정밀도를 높이도록 한 촬상 장치에 관해 설명한다.Therefore, below, an imaging device designed to increase the accuracy of light source estimation will be described.
<3. 제3의 실시의 형태><3. Third embodiment>
[촬상 장치의 구성][Configuration of imaging device]
도 22는, 본 기술의 제3의 실시의 형태의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다.Fig. 22 is a block diagram showing a configuration example of an imaging device according to the third embodiment of the present technology.
도 22에 도시되는 촬상 장치(400)는, 렌즈(101), 광학 필터(102), 촬상 소자(301), A/D 변환부(104), 클램프부(105), 혼색 감산부(302), 디모자이크부(109), LM/WB/감마 보정부(110), 휘도 크로마 신호 생성부(111), I/F부(112), 및 광원 추정부(401)로 구성된다.The imaging device 400 shown in FIG. 22 includes a lens 101, an optical filter 102, an imaging element 301, an A/D conversion unit 104, a clamp unit 105, and a color mixing subtraction unit 302. , it consists of a demosaicing unit 109, an LM/WB/gamma correction unit 110, a luminance chroma signal generation unit 111, an I/F unit 112, and a light source estimation unit 401.
또한, 도 22의 촬상 장치(400)에서, 도 17의 촬상 장치(300)에 마련된 것과 같은 기능을 구비하는 구성에 관해서는, 동일 명칭 및 동일 부호를 붙이는 것으로 하고, 그 설명은, 적절히 생략하는 것으로 한다.In addition, in the imaging device 400 of FIG. 22, configurations having the same functions as those provided in the imaging device 300 of FIG. 17 will be given the same names and reference numerals, and their descriptions will be appropriately omitted. Let's do it.
광원 추정부(401)는, 디모자이크부(109)로부터의 RGB 데이터로부터, 피사체를 조명한 광원을 추정하고, 그 추정 결과를 LM/WB/감마 보정부(110)에 공급한다.The light source estimation unit 401 estimates the light source illuminating the subject from the RGB data from the demosaicing unit 109 and supplies the estimation result to the LM/WB/gamma correction unit 110.
[촬상 처리에 관해][About image capture processing]
다음에, 도 23의 플로 차트를 참조하여, 촬상 장치(400)에 의한 촬상 처리에 관해 설명한다.Next, with reference to the flow chart in FIG. 23, imaging processing by the imaging device 400 will be described.
또한, 도 23의 플로 차트의 스텝 S401 내지 S405, S408, S409의 처리는, 도 21의 플로 차트의 스텝 S301 내지 S305, S307, S308의 처리와 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 생략한다. 또한, 스텝 S405에서는, 디모자이크부(109)에 의해, 디모자이크 처리 후의 화상 데이터(RGB 데이터)가 광원 추정부(401)에도 공급된다.In addition, since the processing of steps S401 to S405, S408, and S409 in the flowchart of FIG. 23 is the same as the processing of steps S301 to S305, S307, and S308 in the flowchart of FIG. 21, the description thereof is omitted. Furthermore, in step S405, the image data (RGB data) after demosaicing is also supplied to the light source estimation unit 401 by the demosaicing unit 109.
스텝 S406에서, 광원 추정부(401)는, 디모자이크부(109)로부터의 RGB 데이터에 대해 광원 추정을 행한다.In step S406, the light source estimation unit 401 performs light source estimation on the RGB data from the demosaicing unit 109.
구체적으로는, 광원 추정부(401)는, 촬상 화소마다의 RGB 데이터로서의, 포토 다이오드(322)의 출력과 유기 광전 변환막(325)의 출력을 이용하여, 광원 추정을 행한다.Specifically, the light source estimation unit 401 performs light source estimation using the output of the photo diode 322 and the output of the organic photoelectric conversion film 325 as RGB data for each imaging pixel.
종래, 예를 들면 R/G, B/G의 출력비로 광원 추정을 행하는 경우, 광원 출력 분광이 다른 광원(A)과 광원(B)이 있다고 하더라도, R/G, B/G의 출력비가 다른 값이 된다고는 한하지 않았다. 구체적으로는, 화소의 출력은, 파장마다 얻어지는 것이 아니고, 촬상 소자의 분광 특성과 광원의 곱(積) 등으로 정해지는 적분적인 요소이기 때문에, 각 파장의 출력이 달라도, 그 적분치가 일치한 경우에는, 광원의 판별을 할 수가 없었다.Conventionally, for example, when light source estimation is performed using the output ratios of R/G and B/G, even if there are light sources (A) and light sources (B) with different light source output spectra, the output ratios of R/G and B/G are different. It wasn't limited to being worth it. Specifically, the output of a pixel is not obtained for each wavelength, but is an integral element determined by the product of the spectral characteristics of the imaging device and the light source, etc., so even if the output of each wavelength is different, the integral value is the same. It was not possible to determine the light source.
한편, 광원 추정부(401)에서는, 유기 광전 변환막(325)에서도 새로운 분광 특성을 얻을 수 있기 때문에, 예를 들면, 포토 다이오드(322)에서 R/G, B/G의 출력비가 동등한 값이라도, 유기 광전 변환막(325)의 출력의 차분에 의해, 그 분광 특성을 나눌 수가 있어서, 광원 추정의 정밀도를 높일 수 있다. 특히, 촬상 소자(301)의 구성에 의하면, 화소수를 줄이는 일 없이, 유기 광전 변환막(325)으로부터의 출력을 얻을 수 있기 때문에, 해상도가 낮아지는 일 없이, 광원 추정의 정밀도를 높일 수 있다.On the other hand, in the light source estimation unit 401, since new spectral characteristics can be obtained even from the organic photoelectric conversion film 325, for example, even if the R/G and B/G output ratios of the photo diode 322 are the same value, , the spectral characteristics can be divided by the difference in the output of the organic photoelectric conversion film 325, and the accuracy of light source estimation can be improved. In particular, according to the configuration of the imaging device 301, the output from the organic photoelectric conversion film 325 can be obtained without reducing the number of pixels, so the accuracy of light source estimation can be increased without lowering the resolution. .
그리고, 이와 같이 하여 행하여진 광원 추정의 추정 결과는, LM/WB/감마 보정부(110)에 공급된다.And the estimation result of the light source estimation performed in this way is supplied to the LM/WB/gamma correction unit 110.
스텝 S407에서, LM/WB/감마 보정부(110)는, 광원 추정부(401)로부터의 추정 결과에 의거하여, 디모자이크부(109)로부터의 RGB 데이터에 대해, 색 보정, 화이트 밸런스의 조정, 감마 보정을 행한다. 구체적으로는, LM/WB/감마 보정부(110)는, 광원 추정부(401)로부터의 추정 결과를 이용하여, 색 보정에 이용되는 매트릭스 계수를 결정하거나, 화이트 밸런스를 조정하기 위한 게인을 설정하거나, 감마 보정에 이용되는 감마 곡선을 결정하거나 한다.In step S407, the LM/WB/gamma correction unit 110 performs color correction and white balance adjustment on the RGB data from the demosaicing unit 109 based on the estimation result from the light source estimation unit 401. , perform gamma correction. Specifically, the LM/WB/gamma correction unit 110 uses the estimation result from the light source estimation unit 401 to determine matrix coefficients used for color correction or to set a gain for adjusting white balance. Or, determine the gamma curve used for gamma correction.
이상의 처리에 의하면, 포토 다이오드(322)의 출력에 더하여, 유기 광전 변환막(325)의 출력을 이용하여 광원 추정을 행할 수가 있기 때문에, 그 광원 추정의 정밀도를 높일 수 있고, 나아가서는, 화상의 고화질화를 도모하여, 보다 좋은 화상을 얻는 것이 가능해진다.According to the above processing, light source estimation can be performed using the output of the organic photoelectric conversion film 325 in addition to the output of the photodiode 322, so the accuracy of the light source estimation can be increased, and further, the image By achieving higher image quality, it becomes possible to obtain better images.
또한, 도 24에 도시되는 촬상 장치(450)와 같이, 광원 추정부(401)를, 위상차 검출을 행하는 촬상 장치(100)(도 1)에 마련하도록 하여도 좋다. 이 구성에 의하면, 밝은 피사체를 촬상한 경우에, 통상의 촬상 화소가 포화하여 RGB 비율을 올바르게 얻을 수기 없어도, 포토 다이오드의 반분이 차광되어 있는 위상차 검출 화소가 포화하지 않아 RGB 비율을 올바르게 얻을 수가 있어서, 정밀도 좋게 광원 추정을 행하는 것이 가능해진다.Additionally, like the imaging device 450 shown in FIG. 24, the light source estimation unit 401 may be provided in the imaging device 100 (FIG. 1) that performs phase difference detection. According to this configuration, when imaging a bright subject, even if the normal imaging pixels are saturated and the RGB ratio cannot be obtained correctly, the phase detection pixel in which half of the photo diode is light-shielded is not saturated and the RGB ratio can be obtained correctly. , it becomes possible to perform light source estimation with high precision.
또한, 이 경우, 예를 들면 도 3에 도시되는 위상차 검출 화소의 유기 광전 변환막(125)에서도 새로운 분광 특성을 얻을 수 있기 때문에, 포토 다이오드(122)에서 R/G, B/G의 출력비가 동등한 값이라도, 유기 광전 변환막(125)의 출력의 차분에 의해, 그 분광 특성을 나눌 수 있어서, 광원 추정의 정밀도를 높일 수 있다. 이와 같이, 분광 특성이 다른 복수의 광전 변환층의 출력을 이용함으로써, 정밀도가 높은 광원 추정을 행할 수가 있도록 된다.In addition, in this case, for example, since new spectral characteristics can be obtained in the organic photoelectric conversion film 125 of the phase detection pixel shown in FIG. 3, the output ratios of R/G and B/G in the photodiode 122 are reduced. Even if the values are equal, the spectral characteristics can be divided by the difference in the output of the organic photoelectric conversion film 125, and the accuracy of light source estimation can be improved. In this way, by using the outputs of a plurality of photoelectric conversion layers with different spectral characteristics, it is possible to perform light source estimation with high precision.
그런데, 혼색 보정을 행하는 촬상 장치에 마련된 촬상 소자(301)에 배치되는 화소는, 도 18에 도시되는 구조로 한하지 않고, 예를 들면, 도 25에 도시되는 바와 같은 구조를 취하여도 좋다.However, the pixel disposed in the imaging element 301 provided in the imaging device that performs color mixing correction is not limited to the structure shown in FIG. 18, and may have a structure as shown in FIG. 25, for example.
[촬상 화소의 다른 구조례][Other structural examples of imaging pixels]
도 25는, 본 기술의 촬상 화소의 다른 구조례를 도시하는 단면도이다.Fig. 25 is a cross-sectional view showing another structural example of an imaging pixel of the present technology.
도 25에서는, 혼색을 검출하기 위한 혼색 검출 화소(P1, P2)와, 통상의 촬상 화소(P3, P4)의 단면이 도시되어 있다.In Fig. 25, cross sections of mixed color detection pixels (P1, P2) for detecting mixed colors and normal imaging pixels (P3, P4) are shown.
도 25에 도시되는 바와 같이, 혼색 검출 화소(P1, P2)에서는, 반도체 기판(521)에 광전 변환부로서의 포토 다이오드(522)가 형성되어 있다. 반도체 기판(521)의 상층에는, 차광막(523)이 형성되어 있고, 그 상층에는, 유기 광전 변환막(525)이 부분 형성되어 있다. 또한, 유기 광전 변환막(525)의 위에는, 온 칩 렌즈(526)가 형성되어 있다.As shown in Fig. 25, in the mixed color detection pixels P1 and P2, a photodiode 522 as a photoelectric conversion unit is formed on the semiconductor substrate 521. A light-shielding film 523 is formed on the upper layer of the semiconductor substrate 521, and an organic photoelectric conversion film 525 is partially formed on the upper layer. Additionally, an on-chip lens 526 is formed on the organic photoelectric conversion film 525.
또한, 촬상 화소(P3, P4)에서는, 반도체 기판(521)에 광전 변환부로서의 포토 다이오드(522)가 형성되어 있다. 반도체 기판(521)의 상층에는, 차광막(523)과 컬러 필터(524)가 동일층에 형성되어 있고, 그들의 상층에는, 온 칩 렌즈(526)가 형성되어 있다.Additionally, in the imaging pixels P3 and P4, a photodiode 522 as a photoelectric conversion unit is formed on the semiconductor substrate 521. On the upper layer of the semiconductor substrate 521, a light shielding film 523 and a color filter 524 are formed in the same layer, and an on-chip lens 526 is formed on their upper layer.
도 25에 도시되는 각각의 혼색 검출 화소는, 하나의 온 칩 렌즈(526)와, 그 온 칩 렌즈(526)보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층, 구체적으로는, 상층부터 유기 광전 변환막(525), 포토 다이오드(522)를 구비하고 있다. 유기 광전 변환막(525)은, 수광면에 대해 부분 형성되어 있다. 또한, 포토 다이오드(522)는, 차광막(523)에 의해 수광면 전체에서 차광되어 있다.Each mixed color detection pixel shown in FIG. 25 includes one on-chip lens 526 and a plurality of photoelectric conversion layers formed lower than the on-chip lens 526, specifically, an organic photoelectric conversion film (from the upper layer) 525) and a photodiode 522. The organic photoelectric conversion film 525 is partially formed on the light receiving surface. Additionally, the photodiode 522 is shielded from light on the entire light-receiving surface by the light-shielding film 523.
그러나, 도 25에 도시되는 바와 같이, 혼색 검출 화소(P2)의 포토 다이오드(522)에는, 촬상 화소(P3)에 입사하는 광의 일부가 진입하고 있다. 즉, 혼색 검출 화소(P2)의 포토 다이오드(522)는, 인접하는 촬상 화소(P3)로부터의 혼색 성분만을 출력할 수 있다. 또한, 혼색 검출 화소(P2)의 포토 다이오드(522)는, 인접하는 촬상 화소(P3)로부터의 광을 수광하기 때문에, 부분 차광되어 있다고 간주할 수 있다.However, as shown in FIG. 25, a part of the light incident on the imaging pixel P3 enters the photodiode 522 of the mixed color detection pixel P2. That is, the photodiode 522 of the color mixture detection pixel P2 can output only the color mixture component from the adjacent imaging pixel P3. In addition, since the photodiode 522 of the mixed color detection pixel P2 receives light from the adjacent imaging pixel P3, it can be considered to be partially light-shielded.
그래서, 예를 들면 특개2013-34086호 공보에 기재된 수법과 같이, 도 17의 촬상 장치(300)의 혼색 감산부(302)가, 혼색 검출 화소의 포토 다이오드(522)의 출력을 이용하여, 통상의 촬상 화소에서의 혼색량을 추정하고, 그 추정치를 촬상 화소의 출력으로부터 감산하도록 하여도 좋다.Therefore, for example, as in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-34086, the color mixture subtraction unit 302 of the imaging device 300 in Fig. 17 uses the output of the photodiode 522 of the color mixture detection pixel, and The amount of color mixing in the imaging pixels may be estimated, and the estimated value may be subtracted from the output of the imaging pixels.
또한, 도 1의 촬상 장치(100)의 촬상 소자(103)에, 도 25에 도시되는 혼색 검출 화소(P1, P2)를 마련하고, 혼색 검출 화소(P1, P2) 각각의 유기 광전 변환막(525)의 출력의 차분을 이용하여 위상차 검출을 행하도록 하여도 좋다.In addition, the mixed color detection pixels P1 and P2 shown in FIG. 25 are provided in the imaging element 103 of the imaging device 100 in FIG. 1, and each of the mixed color detection pixels P1 and P2 is an organic photoelectric conversion film ( Phase difference detection may be performed using the difference in the output of 525).
그런데, 도 1의 촬상 소자(103)에서, 위상차 검출 화소는, 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 촬상 화소 중에 산재하여 배치되는 것으로 하였지만, 모든 화소를 위상차 검출 화소로 하도록 하여도 좋다. 이 경우, 촬상 장치에는, 위상차 AF용의 촬상 소자와, 촬상용의 촬상 소자를 별개로 마련할 필요가 있다.By the way, in the imaging device 103 in FIG. 1, the phase difference detection pixels are arranged interspersed among a plurality of imaging pixels arranged two-dimensionally in a matrix, but all pixels may be used as phase difference detection pixels. In this case, it is necessary to separately provide an imaging device for phase difference AF and an imaging device for imaging in the imaging device.
<4. 제4의 실시의 형태><4. Fourth embodiment>
[촬상 장치의 구성][Configuration of imaging device]
도 26은, 본 기술의 제4의 실시의 형태의 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다.Fig. 26 is a block diagram showing a configuration example of an imaging device according to the fourth embodiment of the present technology.
도 26에 도시되는 촬상 장치(700)는, 렌즈(101), 광학 필터(102), AF용 촬상 소자(701), A/D 변환부(702), 위상차 검출부(106), 렌즈 제어부(107), 촬상 소자(703), A/D 변환부(104), 클램프부(105), 디모자이크부(109), LM/WB/감마 보정부(110), 휘도 크로마 신호 생성부(111), 및 I/F부(112)로 구성된다.The imaging device 700 shown in FIG. 26 includes a lens 101, an optical filter 102, an AF imaging element 701, an A/D conversion unit 702, a phase difference detection unit 106, and a lens control unit 107. ), imaging device 703, A/D conversion unit 104, clamp unit 105, demosaicing unit 109, LM/WB/gamma correction unit 110, luminance chroma signal generation unit 111, and an I/F unit 112.
또한, 도 26의 촬상 장치(700)에서, 도 1의 촬상 장치(100)에 마련된 것과 같은 기능을 구비하는 구성에 관해서는, 동일 명칭 및 동일 부호를 붙이는 것으로 하고, 그 설명은, 적절히 생략하는 것으로 한다.In addition, in the imaging device 700 of FIG. 26, configurations having the same functions as those provided in the imaging device 100 of FIG. 1 will be given the same names and reference numerals, and their descriptions will be appropriately omitted. Let's do it.
AF용 촬상 소자(701)는, 도 1의 촬상 장치(100)에 마련된 촬상 소자(103)와 달리. 촬상 화소는 배치되지 않고, 예를 들면 도 3에 도시되는 위상차 검출 화소만이 배치된다.The AF imaging device 701 is different from the imaging device 103 provided in the imaging device 100 of FIG. 1 . Imaging pixels are not disposed, and only phase difference detection pixels, for example, shown in FIG. 3 are disposed.
A/D 변환부(702)는, AF용 촬상 소자(701)로부터 공급되는 RGB의 전기 신호(아날로그 신호)를 디지털 데이터(화상 데이터)로 변환하고, 위상차 검출부(106)에 공급한다.The A/D conversion unit 702 converts the RGB electrical signal (analog signal) supplied from the AF imaging device 701 into digital data (image data) and supplies it to the phase difference detection unit 106.
촬상 소자(703)는, 도 1의 촬상 장치(100)에 마련된 촬상 소자(103)와 달리. 위상차 검출 화소는 배치되지 않고, 통상의 촬상 화소만이 배치된다.The imaging element 703 is different from the imaging element 103 provided in the imaging device 100 of FIG. 1 . Phase difference detection pixels are not arranged, and only normal imaging pixels are arranged.
이상의 구성에 의하면, 통상의 촬상에 사용된 촬상 소자(703)에 위상차 검출 화소를 마련할 필요가 없기 때문에, 위상차 검출 화소에 대한 결함 보정을 행할 필요가 없어진다. 또한, AF용 촬상 소자(701)와 촬상 소자(703)는, 각각 별개로 제조되도록 할 수 있기 때문에, 각각에 최적화된 프로세스에 의해 제조를 할 수가 있다.According to the above configuration, there is no need to provide phase difference detection pixels in the imaging element 703 used for normal imaging, and therefore there is no need to perform defect correction for the phase difference detection pixels. Additionally, since the AF imaging element 701 and the imaging element 703 can be manufactured separately, they can be manufactured using processes optimized for each.
또한, 도 26의 촬상 장치(700)에서, 촬상 소자(703)에 대신하여 촬상 소자(301)를 마련하고, 또한 혼색 감산부(302)를 마련함으로써, 혼색 감산 처리를 행하도록 하여도 좋다.Additionally, in the imaging device 700 of FIG. 26, the imaging device 301 may be provided instead of the imaging device 703, and the color mixing subtraction unit 302 may be provided to perform the color mixing subtraction process.
또한, 도 26의 촬상 장치(700)에서는, AF용 촬상 소자(701)를 마련하도록 하였지만, 혼색 감산용의 촬상 소자나 광원 추정용의 촬상 소자를 마련하도록 하여도 좋다.In addition, in the imaging device 700 of FIG. 26, an imaging device 701 for AF is provided, but an imaging device for color mixture subtraction or an imaging device for light source estimation may be provided.
상술한 실시의 형태에서, 하나의 화소가 유기 광전 변환막과 포토 다이오드를 구비하는 구성에서는, 유기 광전 변환막과 포토 다이오드로 노광량(셔터/게인)을 다르게 하도록 하여도 좋다. 예를 들면, 포토 다이오드의 프레임 레이트를 30fps로 하고, 유기 광전 변환막의 프레임 레이트를 15fps로 하도록 하여도 좋다.In the above-described embodiment, in a configuration in which one pixel includes an organic photoelectric conversion film and a photo diode, the exposure amount (shutter/gain) may be varied for the organic photoelectric conversion film and the photo diode. For example, the frame rate of the photodiode may be set to 30fps, and the frame rate of the organic photoelectric conversion film may be set to 15fps.
이와 같이, 유기 광전 변환막의 프레임 레이트를 내려서 축적 시간을 길게 한 경우에도, 포토 다이오드로부터의 통상의 출력에 영향을 주는 일은 없다.In this way, even when the frame rate of the organic photoelectric conversion film is lowered and the accumulation time is lengthened, the normal output from the photodiode is not affected.
또한, 상술한 실시의 형태에서, 촬상 소자의 각 화소의 온 칩 렌즈나 컬러 필터에 대해 슈링크를 걸음으로써 사출동(射出瞳) 보정을 행하도록 하여도 좋다. 이에 의해, 셰이딩을 보정하고, 감도의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.Additionally, in the above-described embodiment, exit pupil correction may be performed by applying shrinkage to the on-chip lens or color filter of each pixel of the imaging device. This makes it possible to correct shading and improve sensitivity.
또한, 본 기술의 촬상 소자는, 상술한 촬상 장치로 한하지 않고, 촬상 기능을 갖는 다른 전자 기기에도 마련하는 것이 가능하다.In addition, the imaging element of the present technology is not limited to the above-mentioned imaging device, and can also be provided in other electronic devices having an imaging function.
또한, 본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다.In addition, the embodiment of the present technology is not limited to the above-described embodiment, and various changes are possible without departing from the gist of the present technology.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.Additionally, this technology can have the following configuration.
(1)(One)
복수의 화소를 구비하는 촬상 소자로서,An imaging device having a plurality of pixels,
상기 화소는,The pixel is,
하나의 온 칩 렌즈와,One on-chip lens,
상기 온 칩 렌즈보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층을 구비하고,A plurality of photoelectric conversion layers formed below the on-chip lens,
복수의 상기 광전 변환층 중의 적어도 2층의 상기 광전 변환층이, 각각 수광면에 대해 분할 형성, 부분 형성, 또는 부분 차광되어 있는 촬상 소자.An imaging device wherein at least two of the photoelectric conversion layers among the plurality of photoelectric conversion layers are respectively formed separately, partially formed, or partially shielded from light with respect to the light-receiving surface.
(2)(2)
상기 화소는, 위상차 검출에 의한 AF(Auto Focus)를 행하기 위한 위상차 검출 화소인 (1)에 기재된 촬상 소자.The imaging device according to (1), wherein the pixel is a phase detection pixel for performing AF (Auto Focus) by phase difference detection.
(3)(3)
복수의 상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환층끼리의 출력의 차분이, 위상차 검출에 이용되는 (2)에 기재된 촬상 소자.The imaging device according to (2), wherein the difference in output between the photoelectric conversion layers in the plurality of phase difference detection pixels is used for phase difference detection.
(4)(4)
화상을 생성하기 위한 촬상 화소를 또한 구비하고,Also comprising imaging pixels for generating an image,
상기 위상차 검출 화소는, 행렬형상으로 2차원 배치되는 복수의 상기 촬상 화소의 중에 산재하여 배치되는 (2)에 기재된 촬상 소자.The imaging device according to (2), wherein the phase difference detection pixels are arranged interspersed among the plurality of imaging pixels arranged two-dimensionally in a matrix.
(5)(5)
상기 위상차 검출 화소에서의 상기 광전 변환층과, 상기 위상차 검출 화소의 주변에 배치되어 있는 상기 촬상 화소의 출력의 차분이, 위상차 검출에 이용되는 (4)에 기재된 촬상 소자.The imaging device according to (4), wherein the difference between the outputs of the photoelectric conversion layer in the phase difference detection pixel and the imaging pixel disposed around the phase difference detection pixel is used for phase difference detection.
(6)(6)
상기 위상차 검출 화소는,The phase detection pixel is,
복수의 상기 광전 변환층 중의 가장 상층의 상기 광전 변환층으로서, 부분 형성되어 있는 유기 광전 변환막과,A partially formed organic photoelectric conversion film as the uppermost photoelectric conversion layer among the plurality of photoelectric conversion layers;
상기 유기 광전 변환막보다 하층의 기판에 형성되는 상기 광전 변환층으로서, 부분 차광되어 있는 광전 변환부를 구비하는 (2) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.The imaging device according to any one of (2) to (5), wherein the photoelectric conversion layer is formed on a substrate lower than the organic photoelectric conversion film, and includes a photoelectric conversion portion that is partially light-shielded.
(7)(7)
상기 위상차 검출 화소는, 상기 유기 광전 변환막의 아래에, 상기 광전 변환부를 부분 차광하는 차광막을 또한 구비하고,The phase difference detection pixel further includes a light-shielding film under the organic photoelectric conversion film that partially blocks light from the photoelectric conversion unit,
상기 유기 광전 변환막은, 상기 차광막에 의해 부분 차광되는 광을 광전 변환하는 (6)에 기재된 촬상 소자.The imaging device according to (6), wherein the organic photoelectric conversion film photoelectrically converts light partially blocked by the light shielding film.
(8)(8)
상기 위상차 검출 화소는, 복수의 상기 광전 변환층으로서, 기판에 형성되는 적어도 2층의, 분할 형성되어 있는 광전 변환부를 구비하는 (2)에 기재된 촬상 소자.The imaging device according to (2), wherein the phase difference detection pixel includes, as the plurality of photoelectric conversion layers, at least two layers of divided photoelectric conversion portions formed on a substrate.
(9)(9)
상기 위상차 검출 화소는, 복수의 상기 광전 변환층으로서, 적어도 2층의, 분할 형성 또는 부분 차광되어 있는 유기 광전 변환막을 구비하는 (2)에 기재된 촬상 소자.The imaging device according to (2), wherein the phase difference detection pixel includes, as the plurality of photoelectric conversion layers, at least two layers of organic photoelectric conversion films that are divided or partially shielded from light.
(10)(10)
상기 화소는, 화상을 생성하기 위한 촬상 화소인 (1)에 기재된 촬상 소자.The imaging device according to (1), wherein the pixel is an imaging pixel for generating an image.
(11)(11)
상기 촬상 화소는,The imaging pixel is,
복수의 상기 광전 변환층 중의 가장 상층의 상기 광전 변환층으로서, 부분 형성되어 있는 유기 광전 변환막과,A partially formed organic photoelectric conversion film as the uppermost photoelectric conversion layer among the plurality of photoelectric conversion layers;
상기 유기 광전 변환막보다 하층의 기판에 형성되는 상기 광전 변환층으로서, 인접하는 다른 촬상 화소와의 경계 부분이 부분 차광되어 있는 광전 변환부를 구비하고,The photoelectric conversion layer is formed on a substrate lower than the organic photoelectric conversion film, and includes a photoelectric conversion portion in which a boundary portion with another adjacent imaging pixel is partially shielded from light,
상기 유기 광전 변환막은, 상기 다른 촬상 화소와의 경계 부분에 형성되는 (10)에 기재된 촬상 소자.The imaging device according to (10), wherein the organic photoelectric conversion film is formed at a boundary portion with the other imaging pixel.
(12)(12)
상기 위상차 검출 화소는, 복수의 상기 광전 변환층으로서, 유기 광전 변환막과, 기판에 형성되는 광전 변환부를 구비하고,The phase difference detection pixel includes a plurality of photoelectric conversion layers, an organic photoelectric conversion film, and a photoelectric conversion unit formed on a substrate,
상기 유기 광전 변환막과 상기 광전 변환부는, 각각 노광량이 다르도록 제어되는 (1) 내지 (11)에 기재된 촬상 소자.The imaging device according to (1) to (11), wherein the organic photoelectric conversion film and the photoelectric conversion unit are each controlled to have different exposure amounts.
(13)(13)
복수의 화소를 구비하는 촬상 소자로서,An imaging device having a plurality of pixels,
상기 화소가,The pixel is,
하나의 온 칩 렌즈와,One on-chip lens,
상기 온 칩 렌즈보다 하층에 형성된 복수의 광전 변환층을 구비하고,A plurality of photoelectric conversion layers formed below the on-chip lens,
복수의 상기 광전 변환층 중의 적어도 2층의 상기 광전 변환층이, 각각 수광면에 대해 분할 형성, 부분 형성, 또는 부분 차광되어 있는 촬상 소자와,An imaging element in which at least two of the plurality of photoelectric conversion layers are divided, partially formed, or partially shielded from the light-receiving surface, respectively;
피사체광을 상기 촬상 소자에 입사하는 렌즈를 구비하는 전자 기기.An electronic device including a lens that makes subject light incident on the imaging device.
(14)(14)
복수의 상기 화소에서의 상기 광전 변환층끼리의 출력의 차분을 이용하여, 위상차 검출을 행하는 위상차 검출부와,a phase difference detection unit that performs phase difference detection using differences in output between the photoelectric conversion layers in the plurality of pixels;
검출된 위상차에 응하여, 상기 렌즈의 구동을 제어하는 렌즈 제어부를 또한 구비하는 (13)에 기재된 전자 기기.The electronic device according to (13), further comprising a lens control unit that controls driving of the lens in response to the detected phase difference.
(15)(15)
상기 화소는,The pixel is,
복수의 상기 광전 변환층 중의 가장 상층의 상기 광전 변환층으로서, 부분 형성되어 있는 유기 광전 변환막과, A partially formed organic photoelectric conversion film as the uppermost photoelectric conversion layer among the plurality of photoelectric conversion layers;
상기 유기 광전 변환막보다 하층의 기판에 형성되는 상기 광전 변환층으로서, 부분 차광되어 있는 광전 변환부를 구비하는 (14)에 기재된 전자 기기.The electronic device according to (14), wherein the photoelectric conversion layer is formed on a substrate lower than the organic photoelectric conversion film, and includes a photoelectric conversion section that is partially light-shielded.
(16)(16)
상기 유기 광전 변환막의 출력을 이용하여, 화상을 생성하는 화소치로서의 상기 광전 변환부의 출력을 보정하는 결함 보정부를 또한 구비하는 (15)에 기재된 전자 기기.The electronic device according to (15), further comprising a defect correction unit that corrects the output of the photoelectric conversion unit as a pixel value for generating an image, using the output of the organic photoelectric conversion film.
(17)(17)
상기 화소는,The pixel is,
복수의 상기 광전 변환층 중의 가장 상층의 상기 광전 변환층으로서, 부분 형성되어 있는 유기 광전 변환막과,A partially formed organic photoelectric conversion film as the uppermost photoelectric conversion layer among the plurality of photoelectric conversion layers;
상기 유기 광전 변환막보다 하층의 기판에 형성되는 상기 광전 변환층으로서, 인접하는 다른 화소와의 경계 부분이 부분 차광되어 있는 광전 변환부를 구비하고,The photoelectric conversion layer is formed on a substrate lower than the organic photoelectric conversion film, and includes a photoelectric conversion portion in which a boundary portion with another adjacent pixel is partially shielded from light,
상기 유기 광전 변환막은, 상기 다른 화소와의 경계 부분에 형성되는 (13)에 기재된 전자 기기.The electronic device according to (13), wherein the organic photoelectric conversion film is formed at a boundary portion with the other pixel.
(18)(18)
상기 유기 광전 변환막의 출력을 이용하여, 화상을 생성하는 화소치로서의 상기 광전 변환부의 출력으로부터 혼색 성분을 감산하는 혼색 감산부를 또한 구비하는 (17)에 기재된 전자 기기.The electronic device according to (17), further comprising a color mixture subtraction unit that subtracts a color mixture component from the output of the photoelectric conversion unit as a pixel value for generating an image, using the output of the organic photoelectric conversion film.
(19)(19)
분광 특성이 다른 복수의 상기 광전 변환층의 출력을 이용하여, 상기 피사체광의 광원을 추정하는 광원 추정부를 또한 구비하는 (13) 내지 (18)의 어느 하나에 기재된 전자 기기.The electronic device according to any one of (13) to (18), further comprising a light source estimation unit that estimates a light source of the object light using outputs of the plurality of photoelectric conversion layers having different spectral characteristics.
(20)(20)
상기 광원 추정부의 추정 결과에 의거하여, 상기 광전 변환부의 출력인 화소치의 색 특성을 보정하는 색 특성 보정부를 또한 구비하는 (19)에 기재된 전자 기기.The electronic device according to (19), further comprising a color characteristic correction unit that corrects the color characteristics of the pixel value output from the photoelectric conversion unit based on the estimation result of the light source estimation unit.
100 : 촬상 장치
101 : 렌즈
103 : 촬상 소자
106 : 위상차 검출부
107 : 렌즈 제어부
108 : 결함 보정부
110 : LM/WB/감마 보정부
122 : 포토 다이오드
123 : 차광막
125 : 유기 광전 변환막
300 : 촬상 장치
301 : 촬상 소자
302 : 혼색 감산부
322 : 포토 다이오드
323 : 차광막
325 : 유기 광전 변환막
400 : 촬상 장치
401 : 광원 추정부
450 : 촬상 장치100: imaging device
101: lens
103: imaging device
106: Phase difference detection unit
107: Lens control unit
108: defect correction unit
110: LM/WB/gamma correction unit
122: photodiode
123: light shield
125: Organic photoelectric conversion film
300: imaging device
301: imaging device
302: color mixing subtractor
322: photodiode
323: shade curtain
325: Organic photoelectric conversion film
400: imaging device
401: Light source estimation unit
450: imaging device
Claims (18)
상기 반도체 기판 위에 배치된 제2의 광전 변환부와,
상기 반도체 기판 위에 배치되고, 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 제2의 광전 변환부 중 적어도 하나 아래에 배치된 컬러 필터와,
상기 반도체 기판 내에 배치된 포토 다이오드를 구비하고,
상기 제1의 광전 변환부의 제1의 출력 및 상기 제2의 광전 변환부의 제2의 출력 중 적어도 하나로부터의 위상차를 검출하도록 구성되고,
평면에서 볼 때, 상기 컬러 필터는 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부 사이에 배치되고, 상기 제1의 광전 변화부 및 상기 제2의 광전 변환부와 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.A first photoelectric conversion unit disposed on a semiconductor substrate,
a second photoelectric conversion unit disposed on the semiconductor substrate;
a color filter disposed on the semiconductor substrate and below at least one of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit;
Provided with a photo diode disposed in the semiconductor substrate,
configured to detect a phase difference from at least one of a first output of the first photoelectric conversion unit and a second output of the second photoelectric conversion unit,
When viewed in plan, the color filter is disposed between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, and does not overlap the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit. A photodetection device that
상기 포토 다이오드는 상기 컬러 필터를 통과하는 광을 수광하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.According to paragraph 1,
The photo diode is a light detection device characterized in that it receives light passing through the color filter.
상기 포토 다이오드는 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 제2의 광전 변환부 중 상기 적어도 하나와 다른 파장의 광을 광전 변환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.According to paragraph 1,
The photodiode is configured to photoelectrically convert light of a different wavelength from the at least one of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit.
차광부를 더 구비하고,
상기 차광부의 적어도 일부는, 단면에서 볼 때, 상기 컬러 필터와 동일층에 배치되는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.According to paragraph 1,
Further provided with a light-shading portion,
A photodetector, wherein at least a portion of the light blocking portion is disposed on the same layer as the color filter when viewed in cross section.
상기 차광부는 금속을 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.According to paragraph 4,
A light detection device, wherein the light blocking portion is made of metal.
상기 제1의 광전 변환부에 대응하는 제1의 온 칩 렌즈와,
상기 제2의 광전 변환부에 대응하는 제2의 온 칩 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.According to paragraph 1,
a first on-chip lens corresponding to the first photoelectric conversion unit;
A photodetector device further comprising a second on-chip lens corresponding to the second photoelectric conversion unit.
상기 제1의 광전 변환부 및 상기 제2의 광전 변환부는 동일한 파장을 갖는 광을 광전 변환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.According to paragraph 1,
A photodetector, characterized in that the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit are configured to photoelectrically convert light having the same wavelength.
상기 광은 녹색의 광인 것을 특징으로 하는 광검출 장치.In clause 7,
A light detection device, characterized in that the light is green light.
상기 광은 청색의 광인 것을 특징으로 하는 광검출 장치.In clause 7,
A light detection device, characterized in that the light is blue light.
상기 광은 적색의 광인 것을 특징으로 하는 광검출 장치.In clause 7,
A light detection device, characterized in that the light is red light.
상기 광은 백색의 광인 것을 특징으로 하는 광검출 장치.In clause 7,
A light detection device, characterized in that the light is white light.
상기 광은 적외광인 것을 특징으로 하는 광검출 장치.In clause 7,
A light detection device, characterized in that the light is infrared light.
상기 광은 자외광인 것을 특징으로 하는 광검출 장치.In clause 7,
A light detection device, characterized in that the light is ultraviolet light.
상기 제1의 광전 변환부 아래 및 상기 반도체 기판 위에 배치된 제1의 전극과,
상기 제2의 광전 변환부 아래 및 상기 반도체 기판 위에 배치된 제2의 전극을 더 구비하고,
상기 제1의 광전 변환부의 평면 면적은 상기 제1의 전극의 평면 면적과 동일하고,
상기 제2의 광전 변환부의 평면 면적은 상기 제2의 전극의 평면 면적과 동일한 것을 특징으로 하는 광검출 장치.According to paragraph 1,
a first electrode disposed below the first photoelectric conversion unit and above the semiconductor substrate;
Further comprising a second electrode disposed below the second photoelectric conversion unit and above the semiconductor substrate,
The planar area of the first photoelectric conversion unit is equal to the planar area of the first electrode,
A photodetector, characterized in that the planar area of the second photoelectric conversion unit is the same as the planar area of the second electrode.
상기 제1의 광전 변환부 및 상기 제2의 광전 변환부 중 상기 적어도 하나 및 상기 포토 다이오드에 대응하는 온 칩 랜즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.According to paragraph 1,
A photodetector device further comprising an on-chip lens corresponding to the photodiode and at least one of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit.
평면에서 볼 때, 상기 온 칩 렌즈는 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 제2의 광전 변환부 중 상기 적어도 하나, 상기 컬러 필터 및 상기 포토 다이오드와 겹치는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.According to clause 15,
When viewed from a plan view, the on-chip lens overlaps the at least one of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, the color filter, and the photo diode.
상기 제1의 광전 변환부는, 단면에서 볼 때, 상기 제2의 광전 변환부와 동일층에 배치되는 것을 특징으로 하는 광검출 장치.According to paragraph 1,
A photodetector, wherein the first photoelectric conversion unit is disposed on the same layer as the second photoelectric conversion unit when viewed in cross section.
광검출 장치를 구비하고,
상기 광검출 장치는,
반도체 기판 위에 배치된 제1의 광전 변환부와,
상기 반도체 기판 위에 배치된 제2의 광전 변환부와,
상기 반도체 기판 위에 배치되고, 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 제2의 광전 변환부 중 적어도 하나 아래에 배치된 컬러 필터와,
상기 반도체 기판 내에 배치된 포토 다이오드를 구비하고,
상기 제1의 광전 변환부의 제1의 출력 및 상기 제2의 광전 변환부의 제2의 출력 중 적어도 하나로부터의 위상차를 검출하도록 구성되고,
평면에서 볼 때, 상기 컬러 필터는 상기 제1의 광전 변환부와 상기 제2의 광전 변환부 사이에 배치되고, 상기 제1의 광전 변화부 및 상기 제2의 광전 변환부와 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 광검출 기기.With a lens,
Equipped with a light detection device,
The photodetection device is,
A first photoelectric conversion unit disposed on a semiconductor substrate,
a second photoelectric conversion unit disposed on the semiconductor substrate;
a color filter disposed on the semiconductor substrate and below at least one of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit;
Provided with a photo diode disposed in the semiconductor substrate,
configured to detect a phase difference from at least one of a first output of the first photoelectric conversion unit and a second output of the second photoelectric conversion unit,
When viewed in plan, the color filter is disposed between the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit, and does not overlap the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit. A light detection device that
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